Следы «птичьих лап» в абиссали

Как было установлено в конце 60‑х – начале 70‑х годов, турбидиты распространены на окраинах континентов отнюдь не повсеместно. Они локализуются в пределах мощных аккумулятивных тел, размеры которых колеблются от относительно небольших (сотни квадратных километров) до гигантских (миллионы квадратных километров). Эти тела были названы подводными конусами выноса или глубоководными фэнами.

Конусы выноса известны и на суше, где они образуются у выхода из гор, расположенных в аридном и ледовом климате, сезонных водных потоков. На равнине уклоны дна в руслах этих потоков резко уменьшаются, вследствие чего потоки теряют скорость и уже не в состоянии перемещать крупный осадочный материал. Поэтому валуны, дресва и галька скапливаются здесь в виде дамбы, подпруживающей течение горного потока. Через нее он пробивается в виде отдельных струй и ручьев, способных тащить лишь относительно мелкий материал – гравий, песок и более тонкие частицы. В дальнейшем по мере снижения скорости водных струй происходит осаждение гравийных и песчаных зерен. Так, ветвясь и меандрируя, ручейки воды достигают подножия естественной дамбы, растеряв по дороге большую часть переносимого ими материала. Оседая, этот материал постепенно наращивает аккумулятивное тело, имеющее в плане форму конуса. От паводка к паводку, когда горный поток, захватывая множество разнокалиберных обломков и взвеси, превращается в грозную силу, конус разрастается в высоту и по площади.

Как выяснилось, нечто подобное происходит и под водой, близ устьев крупных каньонов, прорезающих континентальные склоны. Однако протекающие здесь процессы осадконакопления значительно сложнее и многообразнее тех, которые приводят к формированию конусов выноса на суше. Да и масштабность их совершенно иная.

Поистине колоссальных размеров достигают глубоководные конусы выноса, выросшие на продолжении дельт крупнейших рек. Достаточно сказать, что подводный конус Ганга и Брахмапутры занимает почти всю глубоководную котловину Бенгальского залива и даже выходит за его пределы. Площадь этого конуса, вероятно, превышает несколько миллионов квадратных километров. Другой, не менее громадный глубоководный фэн находится в западной части Центральной Атлантики. Он является подводным продолжением дельты Амазонки и протягивается от континентального склона Бразилии до дальних отрогов Срединно‑Атлантического хребта, покрывая расстояние более чем в тысячу километров. Практически каждая крупная водная артерия, выходящая к океану или на окраину котловинного морского водоема, формирует мощный конус. Это, кроме упомянутых, такие реки, как Миссисипи, Нигер, Конго, Лимпопо, Нил, Дунай, Рона, Маккензи, Ингури и др. Значительные по протяженности секторы современных континентальных окраин еще очень слабо изучены, поэтому пока трудно представить истинные масштабы такого геологического явления, как формирование подводных конусов выноса. Ясно, однако, что им принадлежит особая роль в развитии многих переходных зон от континентов к океану.

Уже сам факт открытия глубоководных конусов вызвал в среде геологов определенное замешательство. Действительно, реки выносят с суши в океан огромные количества осадочного материала, главным образом в форме взвеси. Тем не менее долгое время полагали, что большая его часть как бы складируется в дельтах рек. Русло реки разбивается на крупные и мелкие рукава, каждый из которых наращивает в период активного развития «язык» из наносов, в основном из песка, выдвигающийся в открытое море. Передняя часть дельты является зоной смешения соленых морских и пресных речных вод, где слипаются и садятся на дно многие глинистые частицы. Скорости накопления осадков в дельтах настолько велики, что Л. П. Лисицын [1982] отнес их к зонам лавинной седиментации, подразумевая при этом не зарождение подводных лавин, а именно огромный темп осаждения вещества. За сравнительно короткое время в районе дельты накапливается толща мощностью в несколько сот и даже тысяч метров.

И вот эти‑то грандиозные вместилища терригенного материала оказались лишь верхушкой айсберга, главная часть которого, как выяснилось благодаря работам Нормарка, Комара, Мура и других исследователей, находится глубоко под водой, у подножия континентальных склонов. Вскоре удалось установить, что подводные конусы выноса – это не только гигантские накопители осадков, но и система подводных русел, валов и поднятий, связанных в единое целое и развивающихся по своим законам.

Если можно было бы удалить водную оболочку и посмотреть с самолета на глубоководный конус выноса, мы бы увидели рисунок, напоминающий гигантский след «птичей лапы» (рис. 13). Пространственно она приурочена к подводному каньону. Именно от устья этого каньона отходит основная, питающая конус артерия, иначе говоря, центральная конусная долина, которая на удалении от континентального склона начинает распадаться на другие, гораздо более узкие и менее глубокие русла. Те, в свою очередь, ветвятся на более мелкие, распадаясь в конце концов на систему лощин и распадков, тонкой сетью кровеносных сосудов опутывающих нижнюю часть подводного конуса.

Наиболее грандиозно (не с птичьего полета, а на сейсмопрофилях) выглядит верхняя половина глубоководного фэна. В подводном конусе Дуная (где автором данной работы совместно с другими научными сотрудниками МГУ проводились детальные геолого‑геофизические исследования) ближняя к континентальному склону часть конуса представляет собой мощный насыпной кряж. Он поднимается над морским ложем на 600–700 м и протягивается от склона в глубь абиссали Черного моря на 120 км. По гребню этого поднятия шириной 30–50 км пролегает глубокая подводная долина У‑образной формы, врезанная в тело подводного хребта на 400 м. На удалении от склона центральная долина несколько сужается, образует своего рода петлю и наконец распадается на сеть мелких ложбин и проток.

Рис. 13. Строение подводного конуса выноса [Hicks, 1981]

А – песчаные линзы в подводных руслах (отложения зерновых потоков и потоков обломков); Б – массивные пески; В – переслаивание глин и песков (турбидиты); Г – переслаивание песков, алевритов и глин (турбидиты дальних частей конуса выноса); Д – отложения гравитационных потоков разного типа; Е – оползшие массы осадков; Ж – гемипелагические илы

Рис. 14. Сейсмоакустический профиль через верхнюю часть подводного конуса выноса Дуная [Конюхов, Иванов, Кульницкий, 1988]

В целом эта часть конуса напоминает гигантскую бобслейную трассу, по которой «прокатываются» мощные подводные лавины – мутьевые течения. Именно ими было насыпано тело конуса. Свидетельством их недавней активности являются гребни насыпных валов (второго порядка), которые тянутся вдоль всей центральной конусной долины как на южном, так и на северном ее борту (рис. 14). Высота валов достигает 200 и даже 300 м.

Центральная конусная долина непосредственно связана с подводным каньоном, врезанным в континентальный склон, каньон же питается речными выносами Дуная. В настоящее время в условиях высокого стояния уровня моря дельта Дуная (и многих других рек) удалена от головной части каньона, сюда не поступает то количество осадочного материала, которого достаточно для образования мутьевых потоков. Судя по распределению различных типов осадков в подводном конусе выноса, последние 10– 15 тыс. лет здесь не накапливались турбидиты, следовательно, не возникали и мутьевые потоки. С бортов долины на ее дно сползают неуплотненные осадки – сапропелевые и диатомово‑кокколитовые илы, образовавшиеся за счет чисто морских источников осадочного материала (организмов, живущих в водной толще). В результате многие подводные долины и русла постепенно засыпаются осадками.

Так как в дельте крупных рек часто происходит перераспределение ролей между различными ее рукавами (одни постепенно отмирают, другие же становятся основными транспортными артериями), со временем изменяется и статус того или иного подводного каньона. Периферийная ложбина на континентальном склоне начинает вдруг быстро углубляться и превращается вскоре в обширный и глубокий желоб, по которому вниз проходит выносимый из дельты реки терригенный материал. Старый же, до того основной, каньон заиливается. Как следствие, периферийная долина приобретает значение основной питающей артерии конуса выноса. Вдоль нее нарастает мощный аккумулятивный вал, поглощающий частично или полностью более древний.

Именно такая ситуация сложилась в районе Дунайского фэна. Здесь под южным склоном современного хребта обнаруживается древний, засыпанный молодыми осадками конус выноса с характерной для подобных образований глубокой центральной долиной. Контуры этого древнего поднятия отчетливо прорисовываются на ряде сейсмоакустических разрезов.

Для каждого из основных геоморфологических элементов глубоководного конуса выноса характерны определенные типы осадков. В колонках, взятых в осевой части каньонов, встречаются многочисленные прослои песка и алевритов. В центральной конусной долине и в периферийных руслах конуса они также присутствуют в виде тонких слойков среди глинистых осадков. В бортовых частях русел накапливаются сползшие со склонов поднятия илы разного состава с характерной кашеобразной консистенцией. На валах, окружающих долину, формируются пачки турбидитов. В Черноморском регионе, в подводных конусах Дуная, Ингури и других рек, они представлены крошкой плотных древних пород – аргиллитов, обогащенных закисным железом и окрашенных в черный цвет. Этими породами сложены днище и борта каньонов, по которым устремляются вниз мутьевые потоки. Их воздействие на дно настолько энергично, что приводит к разрушению даже очень плотного субстрата. Обломки пород, главным образом глины, выносятся в пределы подводного конуса. При этом часть пиритного железа, по‑видимому, окисляется до гидротроилита – минерала, придающего осадкам иссиня‑черную окраску. При его окислении на воздухе цвет осадков вскоре меняется на ржаво‑рыжий. Поэтому турбидиты в колонках, поднятых с валов на вершинной части конуса выноса, отчетливо проявляются на воздухе (прослои с дресвой древних темноцветных глин на воздухе становятся рыжими). Толщина отдельных циклитов здесь изменяется от 5 до 15 см, причем иссиня‑черные (впоследствии рыжие) горизонты разделены голубоватыми пластичными глинистыми илами. Общий вид такой колонки, разрезанной на половинки для детального описания и съемки осадков, напоминает рисунок на шкуре зебры.

В дальних частях подводных конусов выноса, развитых на континентальном подножии Кавказа, появляются классические турбидиты с градационным нижним горизонтом и верхним карбонатным слоечком, сложенным фрагментами наннопланктона.

В древних глубоководных фэнах, существовавших некогда на активных окраинах материков в Тихом океане (например, в пределах континентальной окраины Калифорнии), в составе верхней части конуса накапливались мощные пачки конгломератов – отложений, которые образованы галькой разнообразных пород. Описаны здесь и отложения потоков обломков – медленно текущих подводных селей. Однако главным элементом большинства подводных конусов выноса остаются повсеместно турбидиты, состав которых меняется от района к району, так как зависит прежде всего от характера тех толщ, которыми сложены континентальный склон или подножие.

Там, где крупные реки сбрасывают в океан огромное количество материала, смываемого с обширнейших пространств континента, подводные конусы приобретают грандиозные размеры не только в ширину, но и в высоту. Осадки засыпают здесь склон вплоть до бровки шельфа, трансформируя его в поднятие, поверхность которого ступенчато опускается в сторону абиссальной котловины. Это связано с образованием многочисленных сбросов в толще неуплотненных отложений. При этом отдельные блоки неравномерно проседают в результате отжатия из пластов седиментационных вод. По периферии конуса нередко наблюдаются структуры протыкания – глиняные диапиры.

Подводные конусы выноса не просто своеобразные формы аккумулятивного рельефа на океанском дне. Там, где они создавались миллионы лет, например на продолжении дельт Нигера, Миссисипи, Маккензи и др., на континентальных окраинах сложились мощнейшие комплексы осадочных пород, способные вмещать многочисленные залежи нефти и газа. Действительно, в последние годы благодаря морскому разведочному бурению в этих районах были открыты десятки крупных и средних по запасам месторождений нефти и газа. В подводных конусах Нигера и Миссисипи нефтяные скопления обнаружены не только в относительно древних образованиях (песчаниках), но и, что удивительно, в песках исключительно молодого, плейстоценового возраста.

Реки в океане

Известно, что в океане существуют гигантские струйные течения, определяющие климат многих стран. Например, Гольфстрим и Ойясио распространяются на тысячи километров. Гольфстрим ежегодно перекачивает огромные массы теплой воды из тропических широт, главным образом из Мексиканского залива, в полярные области, отогревая побережья Скандинавии и Кольского полуострова, которые в противном случае были бы ледяными пустынями. Ойясио, напротив, гонит охлажденные в высоких широтах воды вдоль гряды Курильских и Японских островов на юг, делая климат наших восточных побережий более суровым.

Не так давно в океане были обнаружены другие течения, не менее мощные. Их можно назвать реками в океане. Они текут близ поверхности дна над подножием континентальных склонов из высоких широт в низкие. Так как эти течения несут свои воды вдоль контура материков, они получили название контурных геострофических. Первыми свидетельствами существования этих придонных течений были фотографии участков дна на глубинах 3000–5000 м, сделанные в южных районах атлантической окраины США. На них отчетливо видны разнообразные знаки ряби на поверхности осадка. Знаки ряби – это система субпараллельных подводных валов и разделяющих их ложбин, которая напоминает ветровую рябь, возникающую на поверхности воды. Ее появление на дне связано с перераспределением частиц осадка под воздействием струй придонного течения. Знаки ряби известны в руслах рек, в эстуариях и дельтах, на приливно‑отливных равнинах, на открытых участках шельфа, а также на абиссали – словом, везде, где перемещаются водные массы. В зависимости от высоты гребней подводных валов и расстояний между ними различаются мелкая рябь, мегарябь и подводные дюны. Мегарябь, например, характеризуется превышением ее гребней над ложем ложбин не свыше 60 см и расстоянием между соседними волнами ряби до 12 м. Подобные же «волны», но меньшей высоты и длины, именуются просто знаками ряби. Наконец, крупные аккумулятивные тела на поверхности дна по ассоциации с прибрежными насыпными формами получили название подводных дюн.

В глубоководных обстановках наблюдались дюны высотой 91 м. Нередко они выстраиваются цепочками с расстояниями между соседними валами 9,6 км. В пределах континентальных подножий были открыты целые поля ряби, сформировавшейся на поверхности осадка. Стало ясно, что речь идет о новом явлении, ведь на абиссали не действуют приливно‑отливные течения, ветровые волны или океанская зыбь. Дальнейшие исследования подтвердили, что обнаружены следы процессов, имеющих глобальные масштабы и играющих первостепенную роль в «проветривании» (вентиляции) океанских глубин. Датчики скорости течений, установленные у дна, зафиксировали устойчивые перемещения водных масс над некоторыми его участками со скоростью до 50 см/с. Эти придонные течения устремлялись к экватору и, как выяснилось вскоре, даже пересекали его, проникая в другое полушарие. Сначала было открыто Арктическое контурное течение, формируемое холодными водами высоких широт северного полушария. Затем над континентальным подножием Южной Америки в Атлантическом океане обнаружили другое контурное течение, несущее к экватору холодные воды антарктического происхождения. Над окраиной Южной Бразилии оба течения встречаются и текут одно под другим в противоположных направлениях: арктические водные массы над антарктическими, более холодными и тяжелыми.

Таким образом, соленые тяжелые воды, охлажденные в высоких широтах, погружаются ко дну абиссальных котловин вдоль континентальных склонов полярных стран и текут над дном вдоль контура материков к экватору. Это довольно медленные течения, разбивающиеся на отдельные струи, меандрирующие в пространстве. Однако эту пространственную неустойчивость компенсирует их относительная стабильность во времени. Холодные воды богаты кислородом, поэтому контурные течения разносят его на огромных пространствах, предотвращая тем самым возникновение застойных явлений и сероводородного заражения осадков и придонных масс воды.

Как и реки на суше, контурные течения перемещают не только огромные водные массы, но и значительное количество осадочного материала. При скорости 40–50 см/с вода способна волочить частицы довольно крупных размеров, вплоть до крупного песка. Собственно говоря, знаки ряби и являются прямым свидетельством перемещения осадков. Ведь волны ряби постоянно мигрируют, двигаясь по ходу течения с небольшой, но довольно постоянной скоростью. При этом зерна осадка время от времени взмучиваются и оседают в зависимости от ундуляции скорости отдельных водных струй у дна. Об эффективности этого процесса свидетельствует тот факт, что осадочный материал, подхваченный в высоких арктических широтах, в конечном итоге оказывается вблизи экватора и даже к югу от него. Более того, контурные течения, энергия которых в значительной степени расходуется по пути к экватору, на определенном отрезке уже не способны перемещать значительное количество частиц. Они оседают, формируя поля подводных дюн или гигантские насыпные валы. Одним из наиболее изученных образований такого рода является вал Блейк, отделяющий континентальное подножие Багамской погруженной платформы от внутренних частей абиссальной котловины в центральном секторе Атлантики. Протяженность другого вала, Ньюфаундлендского, превышает 500 км, а высота более 1 км. Мощность осадочной толщи, состоящей, как полагают, почти исключительно из контуритов, составляет 1,5 км. Это пятнистые однородные с плохо выраженной слоистостью отложения, имеющие преимущественно карбонатно‑терригенный состав (известковые глины и мергели) и пелитово‑алевритовую размерность (<0,1 мм). Встречаются и прослои, сложенные тонким песчаным материалом (>0,1 мм), в том числе раковинками фораминифер (более 20%) и скелетными остатками других организмов. Осадки обычно плохо отсортированы и несут следы сильного перемешивания илоедами. Скорости их накопления меняются от 1 до 12 см в 1000 лет.

Казалось бы, каким образом можно установить, что осадки вала Блейк или какого‑либо другого аналогичного по строению поднятия на дне океана являются контуритами? На деле существуют вполне надежные критерии. Ведь материал, идущий из приполярных широт, весьма своеобразен по составу. Это касается прежде всего глинистой фракции, в которой преобладают иллит и хлорит – минералы, легко разрушающиеся в гумидных условиях на суше. С континента в океан они сносятся в основном ледниками, т. е. в полярных широтах. В тропиках же эти минералы, особенно хлорит, становятся неустойчивыми. Поэтому, когда на участках континентального подножия в низких широтах появляются осадки с явно чужеродной для окружающей суши минеральной ассоциацией, можно заподозрить, что эти осадки отложены контурным геострофическим течением.