Срединно -океанический хребет ( СОХ ) — горная система морского дна , образованная тектоникой плит . Обычно он имеет глубину около 2600 метров (8500 футов) и возвышается примерно на 2000 метров (6600 футов) над самой глубокой частью океанского бассейна . Эта особенность заключается в том, что распространение морского дна происходит вдоль границы расходящихся плит . Скорость спрединга морского дна определяет морфологию гребня срединно-океанического хребта и его ширину в океанической котловине.
Образование нового морского дна и океанической литосферы является результатом подъема мантии в ответ на разделение плит. Расплав поднимается в виде магмы в линейной слабости между разделяющими плитами и превращается в лаву , создавая при охлаждении новую океаническую кору и литосферу.
Первым обнаруженным срединно-океаническим хребтом стал Срединно-Атлантический хребет , представляющий собой спрединговый центр, разделяющий пополам Северную и Южную Атлантические котловины; отсюда и произошло название «срединно-океанический хребет». Большинство океанических центров распространения не находятся в середине океанского основания, но, тем не менее, их традиционно называют срединно-океаническими хребтами. Срединно-океанические хребты по всему земному шару связаны тектоническими границами плит, и следы хребтов на дне океана кажутся похожими на шов бейсбольного мяча . Таким образом, система срединно-океанических хребтов является самой длинной горной цепью на Земле, ее длина достигает около 65 000 км (40 000 миль).
Срединно-океанические хребты мира соединяются и образуют Океанский хребет — единую глобальную систему срединно-океанических хребтов, которая является частью каждого океана , что делает ее самой длинной горной цепью в мире. Сплошной горный массив имеет длину 65 000 км (40 400 миль) (в несколько раз длиннее Анд , самого длинного континентального горного хребта), а общая длина системы океанических хребтов — 80 000 км (49 700 миль). [1]
В центре распространения на срединно-океаническом хребте глубина морского дна составляет примерно 2600 метров (8500 футов). [2] [3] На склонах хребта глубина морского дна (или высота места на срединно-океаническом хребте над уровнем основания) коррелирует с его возрастом (возрастом литосферы, в которой измеряется глубина). . Зависимость глубины от возраста можно смоделировать охлаждением литосферной плиты [4] [5] или мантийного полупространства. [6] Хорошее приближение состоит в том, что глубина морского дна в месте на распространяющемся срединно-океаническом хребте пропорциональна квадратному корню из возраста морского дна. [6] Общая форма хребтов является результатом изостасии Пратта : вблизи оси хребта находится горячая мантия низкой плотности, поддерживающая океаническую кору. По мере остывания океанической плиты вдали от оси хребта литосфера океанической мантии (более холодная и плотная часть мантии, которая вместе с земной корой образует океанические плиты) утолщается, а плотность увеличивается. Таким образом, более древнее морское дно подстилается более плотным материалом и является более глубоким. [4] [5]
Скорость расширения — это скорость, с которой океанский бассейн расширяется из-за расширения морского дна. Скорость можно рассчитать путем картирования морских магнитных аномалий, охватывающих срединно-океанические хребты. Когда кристаллизованный базальт, выдавленный на оси хребта, охлаждается ниже точки Кюри соответствующих оксидов железа и титана, в этих оксидах фиксируются направления магнитного поля, параллельные магнитному полю Земли. Ориентации поля, сохранившиеся в океанической коре, представляют собой запись направлений магнитного поля Земли во времени. Поскольку на протяжении всей своей истории поле меняло направление через известные интервалы, характер инверсий геомагнитного поля в океанской коре можно использовать в качестве индикатора возраста; учитывая возраст коры и расстояние от оси хребта, можно рассчитать скорость распространения. [2] [3] [7] [8]
Скорость распространения колеблется примерно в пределах 10–200 мм/год. [2] [3] Медленно спрединговые хребты, такие как Срединно-Атлантический хребет, распространились гораздо меньше (показывая более крутой профиль), чем более быстрые хребты, такие как Восточно-Тихоокеанское поднятие (пологий профиль), за то же время и охлаждение и последующее батиметрическое углубление. [2] Медленно спрединговые хребты (менее 40 мм/год) обычно имеют большие рифтовые долины , иногда шириной до 10–20 км (6,2–12,4 миль), и очень пересеченную местность на гребне хребта, рельеф которой может достигать до 1000 м (3300 футов). [2] [3] [9] [10] Напротив, быстро расширяющиеся хребты (более 90 мм/год), такие как Восточно-Тихоокеанское поднятие, не имеют рифтовых долин. Скорость спрединга в Северной Атлантике составляет ~ 25 мм/год, а в Тихоокеанском регионе – 80–145 мм/год. [11] Самая высокая известная скорость составляет более 200 мм/год в миоцене на Восточно-Тихоокеанском поднятии. [12] Хребты, скорость распространения которых <20 мм/год, называются сверхмедленными спрединговыми хребтами [3] [13] (например, хребет Гаккеля в Северном Ледовитом океане и юго-западный Индийский хребет ).
Центр или ось спрединга обычно соединяется с трансформным разломом , ориентированным под прямым углом к оси. Склоны срединно-океанических хребтов во многих местах отмечены бездействующими шрамами трансформных разломов, называемыми зонами разломов . При более высоких скоростях спрединга оси часто отображают перекрывающиеся центры спрединга , в которых отсутствуют соединительные трансформные разломы. [2] [14] Глубина оси систематически меняется с меньшими глубинами между смещениями, такими как трансформные разломы и перекрывающиеся центры спрединга, делящие ось на сегменты. Одной из гипотез различных глубин вдоль оси является изменение поступления магмы в центр спрединга. [2] Сверхмедленно спрединговые хребты образуют как магматические, так и амагматические (в настоящее время лишенные вулканической активности) сегменты хребтов без трансформных разломов. [13]
Срединно-океанические хребты характеризуются активным вулканизмом и сейсмичностью . [3] Океаническая кора на срединно-океанических хребтах находится в состоянии постоянного «обновления» в результате процессов расширения морского дна и тектоники плит. Новая магма постепенно выходит на дно океана и внедряется в существующую океанскую кору в разломах вдоль осей хребтов и вблизи них. Породы, составляющие кору под морским дном, являются самыми молодыми вдоль оси хребта и стареют по мере удаления от этой оси. Новая магма базальтового состава возникает на оси и вблизи нее из-за декомпрессионного плавления в подстилающей мантии Земли . [15] Изэнтропический апвеллинг твердого мантийного материала превышает температуру солидуса и плавится.
Кристаллизованная магма образует новую базальтовую кору , известную как MORB для базальта срединно-океанического хребта, и габбро под ней в нижней океанической коре . [16] Базальт срединно-океанического хребта представляет собой толеитовый базальт и содержит мало несовместимых элементов . [17] [18] Гидротермальные жерла , питаемые магматическим и вулканическим теплом, являются обычным явлением в центрах океанического распространения. [19] [20] Особенностью возвышенных хребтов являются относительно высокие значения теплового потока, составляющие около 1–10 мккал/см 2 с, [21] или примерно 0,04–0,4 Вт/м 2 .
Возраст большей части коры океанских бассейнов составляет менее 200 миллионов лет, [22] [23] , что намного моложе возраста Земли, составляющего 4,54 миллиарда лет . Этот факт отражает процесс переработки литосферы в мантию Земли в ходе субдукции . По мере удаления океанической коры и литосферы от оси хребта перидотит в подстилающей мантийной литосфере охлаждается и становится более жестким. Кора и относительно твердый перидотит под ней составляют океаническую литосферу , которая расположена над менее жесткой и вязкой астеносферой . [3]
Океаническая литосфера формируется на океаническом хребте, а литосфера погружается обратно в астеносферу в океанских желобах . Считается, что за распространение на срединно-океанических хребтах ответственны два процесса: выталкивание хребтов и вытягивание плит . [24] Толчок хребта относится к гравитационному скольжению океанской плиты, которая поднимается над более горячей астеносферой, создавая таким образом массовую силу, вызывающую скольжение плиты вниз по склону. [25] При растяжении плит вес тектонической плиты, погружающейся (вытягиваемой) под вышележащую плиту в зоне субдукции, тянет за собой остальную часть плиты. Считается, что механизм вытягивания плиты вносит больший вклад, чем толкание конька. [24] [26]
Ранее предполагалось, что процесс, способствующий движению плит и образованию новой океанической коры на срединно-океанических хребтах, - это «мантийный конвейер» из-за глубокой конвекции (см. Изображение). [27] [28] Однако некоторые исследования показали, что верхняя мантия ( астеносфера ) слишком пластична (гибкая), чтобы генерировать достаточное трение , чтобы тянуть за собой тектоническую плиту. [29] [30] Более того, мантийный апвеллинг, вызывающий образование магмы под океанскими хребтами, по-видимому, затрагивает только верхние 400 км (250 миль), как следует из сейсмической томографии и наблюдений за сейсмической неоднородностью в верхней мантии на высоте около 400 м. км (250 миль). С другой стороны, некоторые из крупнейших в мире тектонических плит, таких как Северо-Американская плита и Южно-Американская плита , находятся в движении, но погружаются только в ограниченных местах, таких как дуга Малых Антильских островов и дуга Скотия , что указывает на действие хребта. давить силой тела на эти пластины. Компьютерное моделирование движений плит и мантии предполагает, что движение плит и мантийная конвекция не связаны между собой, а основной движущей силой плит является притяжение плит. [31]
Повышенные темпы расширения морского дна (т.е. темпы расширения срединно-океанического хребта) привели к повышению глобального ( эвстатического ) уровня моря в течение очень длительного периода времени (миллионы лет). [32] [33] Увеличение расширения морского дна означает, что срединно-океанический хребет затем расширится и образует более широкий хребет с уменьшенной средней глубиной, занимая больше места в океанском бассейне. Это вытесняет вышележащий океан и вызывает повышение уровня моря. [34]
Изменение уровня моря можно объяснить другими факторами ( тепловым расширением , таянием льда и мантийной конвекцией , создающей динамическую топографию [35] ). Однако в очень длительных временных масштабах это является результатом изменений объема океанских бассейнов, на которые, в свою очередь, влияют скорости распространения морского дна вдоль срединно-океанических хребтов. [36]
Повышение уровня моря на 100–170 метров в меловой период (144–65 млн лет назад) частично объясняется тектоникой плит, поскольку тепловое расширение и отсутствие ледниковых щитов объясняют лишь часть дополнительного уровня моря. [34]
Морское дно, распространяющееся на срединно-океанические хребты, представляет собой ионообменную систему глобального масштаба . [37] Гидротермальные жерла в центрах распространения приносят в океан различные количества железа , серы , марганца , кремния и других элементов, некоторые из которых перерабатываются в океанскую кору. Гелий-3 , изотоп, который сопровождает вулканизм в мантии, выбрасывается гидротермальными жерлами и может быть обнаружен в шлейфах в океане. [38]
Быстрая скорость распространения приведет к расширению срединно-океанического хребта, что приведет к более быстрым реакциям базальта с морской водой. Соотношение магний/кальций будет ниже, поскольку больше ионов магния удаляется из морской воды и поглощается породой, а больше ионов кальция удаляется из породы и попадает в морскую воду. Гидротермальная деятельность на гребне хребта эффективно удаляет магний. [39] Более низкое соотношение Mg/Ca благоприятствует осаждению полиморфных модификаций карбоната кальция с низким содержанием Mg ( кальцитовые моря ). [40] [41]
Медленное распространение на срединно-океанических хребтах имеет противоположный эффект и приведет к более высокому соотношению Mg/Ca, что будет способствовать осаждению арагонита и полиморфных модификаций карбоната кальция с высоким содержанием Mg кальцита ( арагонитовые моря ). [41]
Эксперименты показывают, что большинство современных кальцитовых организмов с высоким содержанием Mg в прошлых кальцитовых морях представляли собой кальцит с низким содержанием Mg [42]. Это означает, что соотношение Mg/Ca в скелете организма варьируется в зависимости от соотношения Mg/Ca в морской воде, в которой он находился. вырос.
Таким образом, минералогия рифообразующих и производящих отложения организмов регулируется химическими реакциями, происходящими вдоль срединно-океанического хребта, скорость которых контролируется скоростью расширения морского дна. [39] [42]
Первые признаки того, что хребет разделяет бассейн Атлантического океана пополам, появились в результате британской экспедиции «Челленджер» в девятнадцатом веке. [43] Океанографы Мэтью Фонтейн Мори и Чарльз Уивилл Томсон проанализировали данные зондирования, опущенные на морское дно, и выявили заметный подъем морского дна, протекавшего по Атлантическому бассейну с севера на юг. Гидролокационные эхолоты подтвердили это еще в начале ХХ века. [44]
Лишь после Второй мировой войны , когда дно океана было исследовано более подробно, стала известна полная протяженность срединно-океанических хребтов. « Вема» , корабль Земной обсерватории Ламонта-Доэрти Колумбийского университета , пересек Атлантический океан, записывая данные эхолота о глубине океанского дна. Команда под руководством Мари Тарп и Брюса Хизена пришла к выводу, что посреди Атлантического океана простиралась огромная горная цепь с рифтовой долиной на ее гребне. Ученые назвали его «Срединно-Атлантическим хребтом». Другие исследования показали, что гребень хребта был сейсмически активным [45] и в рифтовой долине были обнаружены свежие лавы. [46] Кроме того, тепловой поток коры здесь был выше, чем где-либо еще в бассейне Атлантического океана. [47]
Сначала считалось, что хребет является особенностью Атлантического океана. Однако по мере продолжения исследований дна океана по всему миру было обнаружено, что каждый океан содержит части системы срединно-океанических хребтов. Немецкая экспедиция «Метеор» проследила срединно-океанический хребет от Южной Атлантики до Индийского океана в начале двадцатого века. Хотя первый обнаруженный участок системы хребтов проходит посередине Атлантического океана, было обнаружено, что большинство срединно-океанических хребтов расположены вдали от центра других океанских котловин. [2] [3]
Альфред Вегенер предложил теорию дрейфа континентов в 1912 году. Он заявил: «Срединно-Атлантический хребет… зона, в которой дно Атлантического океана, продолжая расширяться, постоянно разрывается и освобождает место для свежих, относительно текучих и горячая сима [поднимающаяся] из глубины». [48] Однако Вегенер не развивал это наблюдение в своих более поздних работах, и его теория была отвергнута геологами, поскольку не было механизма, объясняющего, как континенты могли преодолевать океанскую кору , и теория была в значительной степени забыта.
После открытия в 1950-х годах срединно-океанического хребта, простирающегося по всему миру, перед геологами встала новая задача: объяснить, как могла образоваться такая огромная геологическая структура. В 1960-х годах геологи открыли и начали предлагать механизмы расширения морского дна . Открытие срединно-океанических хребтов и процесс расширения морского дна позволили расширить теорию Вегенера , включив в нее движение океанической коры, а также континентов. [49] Тектоника плит была подходящим объяснением расширения морского дна, а признание тектоники плит большинством геологов привело к серьезному сдвигу парадигмы в геологическом мышлении.
По оценкам, каждый год вдоль срединно-океанических хребтов Земли в результате этого процесса образуется 2,7 км 2 (1,0 квадратных миль) нового морского дна. [50] При толщине земной коры 7 км (4,3 мили) это составляет около 19 км 3 (4,6 кубических миль) новой океанской коры, образующейся каждый год. [50]
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )