Общая характеристика океанических глубоководных желобов

Глубоководным желобом ученые называют чрезвычайно глубокую и удлиненную впадину на океаническом дне, образовавшуюся проседанием океанической тонкой коры под более мощный континентальный участок, и при встречном движении тектонических плит. По сути, глубоководные желоба сегодня являются по всем тектоническим характеристикам крупными геосинклинальными областями.

Именно по данным причинам регионы глубоководных желобов стали эпицентрами крупных и разрушительных землетрясений, а на их дне много действующих вулканов. Такого происхождения впадины есть во всех океанах, глубочайшие из них расположены по периферии Тихого океана. Наиболее глубокой из тектонических океанических впадин является так называемая Марианская, ее глубина по оценкам экспедиции советского судна «Витязь» составляет 11022 м. Самым удлиненным, почти 6 тыс. м, из исследованных на планете тектонических понижений является Перуанско-Чилийский желоб.

Марианский желоб

Глубочайшим на планете из океанических желобов является Марианский, протянувшийся в тихоокеанских водах на 1,5 тыс. км рядом с Марианскими вулканическими островами. Впадина желоба имеет четкий V-образный поперечный профиль и отвесные склоны. На дне просматривается плоское дно, расчлененное на отдельные замкнутые участки. Давление у дна котловины в 1100 раз превышает данный показатель в поверхностных слоях океана. В котловине есть глубочайшая точка, это вечно темная, угрюмая и неприветливая местность, называемая «Бездной Челенджера». Она расположена в 320 км юго-западнее Гуама, ее координаты 11о22, с. ш., 142о35, в. д.

Впервые таинственные глубины Марианской впадины были открыты и предварительно измерены в 1875 году с борта английского судна «Челенджер». Исследования проводились с помощью специального глубоководного лота, установлена предварительная глубина, составившая 8367 м. Однако при повторном измерении лот показал глубину 8184 м. Современные промеры эхолотом в 1951 году с борта одноименного научного судна «Челенджер» показали отметку — 10 863 м.

Следующие исследования глубины впадины проведены в 1957 году в 25 плавании советского научного судна «Витязь» под руководством А. Д. Добровольского. Они дали результаты по промеру глубины — 11 023 м. Серьезными препятствиями при измерении таких глубоководных впадин является то обстоятельство, что средняя скорость прохождения звука в водных слоях напрямую обусловлено физическими свойствами этой воды.

Для ученых не секрет, что эти свойства океанической воды на разной глубине совершенно разные. Поэтому всю толщу воды надо было условно разделить на несколько горизонтов, имеющих разные температурные и барометрические показатели. Поэтому при измерении сверхглубоких мест океана к показаниям эхолота следует делать определенную правку, учитывающую данные показатели. Экспедиции 1995 г., 2009 г., 2011 г. разнились незначительно по оценке показания глубины впадины, но одно ясно, что глубина ее превышает показатель высоты высочайшей на суше вершины Эвереста.

В 2010 году к Марианским островам отправилась экспедиция ученых университета Нью-Гэмпшир (США). С помощью новейшей аппаратуры и многолучевого эхолота на дне площадью 400 тыс. кв. м обнаружены горы. На месте непосредственного контакта Тихоокеанской и, скромной по размерам и молодой Филиппинской плит ученые обнаружили 4 хребта с высотами более 2,5 тыс. м.

По словам ученых-океанологов земная кора в глубинах у Марианских островов имеет сложное строение. Хребты в этих запредельных глубинах образовались 180 млн. лет назад при постоянном соприкосновении плит. Своим массивным краем Тихоокеанская океаническая плита опускается под край Филиппинской, образуя складчатую область.

Первенство в спуске к самому дну желоба у марианских островов принадлежит Дону Уолшу и Жаку Пикару. Совершили они героическое погружение в 1960 г. на батискафе «Триест». Они увидели здесь некоторые формы жизни, глубоководных моллюсков и весьма необычных рыб. Замечательным итогом данного погружения стало принятие ядерными странами документа о невозможности захоронения токсичных и радиоактивных отходов в Марианской впадине.

Ко дну здесь спускались и беспилотные подводные аппараты, в 1995 году японский глубоководный зонд «Кайко» спустился на рекордную в то время глубину — 10 911 м. Позже, в 2009 году сюда спустился глубоководный аппарат с названием «Нерей». Третьим среди жителей планеты в темные неприветливые глубины в одиночном погружении спустился замечательный режиссер Д. Кемерон на подводном аппарате «Дипси челленджер». Он провел киносъемку в формате 3D, с помощью манипулятора собрал образцы грунта и горных пород в глубочайшей точке желоба «Бездне Челенджера».

Постоянную температуру в донной части желоба +1о С, +4о С поддерживают находящиеся на глубинах близ 1,6 км «черные курильщики», геотермальные источники с водой богатой минеральными соединениями и температурой +450оС. В экспедиции 2012 года рядом с серпентиновыми геотермальными источниками на дне, богатыми метаном и легким водородом, найдены колонии глубоководных моллюсков.

На пути в бездну глубин желоба в 414 м от поверхности есть действующий подводный вулкан Дайкоку, в его районе обнаружено редчайшее не планете явление – целое озеро чистой расплавленной серы, которое кипит при температуре +187оС. Аналогичное явление астрономы обнаружили только в космосе на спутнике Юпитера – Ио.

Желоб Тонга

По периферии Тихого океана кроме Марианского желоба расположено еще 12 глубоководных желобов, составляющих по исследованиям геологов сейсмическую зону, так называемого Тихоокеанского огненного кольца. Вторым по глубине на планете и глубочайшим в водах Южного полушария является желоб Тонга. Его протяженность составляет 860 км и максимальная глубина — 10 882 м.

Расположена впадина Тонга у подножия подводного хребта Тонга от архипелага Самоа и желоба Кармалек. Впадина Тонга уникальна, прежде всего, максимальной на планете скоростью движения земной коры, составляющей 25,4 см ежегодно. Точные данные о движении плит в районе Тонга удалось получить после наблюдений за небольшим островом Ниаутопутану.

В впадины Тонга на глубине 6 тыс. м сегодня находится потерянная посадочная ступень известного лунного модуля «Аполло-13», она была «обронена» при возвращении аппарата на Землю в 1970 г. С таких глубин достать ступень чрезвычайно сложно. Если учесть, что с ней во впадину упал один их плутониевых энергоисточников, содержащих радиоактивный плутоний-238, спуск в глубины Тонга может быть весьма проблематичным.

Филиппинский желоб

Филиппинская океаническая впадина является третьей по глубине на планете, ее отметка 10 540 м. Она протянулась на 1320 км от крупного острова Лусон до Молукских островов близ восточного побережья одноименных Филиппинских островов. Желоб образовался при столкновении базальтовой морской Филиппинской плиты и преимущественно гранитной Евразийской плиты, движущихся навстречу друг другу со скоростью 16 см/год.

Земная кора здесь глубоко прогибается, и части плит плавятся в мантийном веществе планеты на глубине 60-100 км. Такое погружение частей плит на большие глубины с последующим их плавлением в мантии образует здесь зону субдукции. В 1927 году немецким исследовательским судном «Эмден» открыта глубочайшая впадина в Филиппинском желобе, которую назвали соответственно «глубиной Эмдена», ее отметка 10 400 м. Чуть позже датское судно «Галатея» при исследовании желоба произвело точную оценку глубины впадины, она составила 10 540 м, впадину переименовали в «Глубину Галатея».

Желоб Пуэрто-Рико

В Атлантическом океане расположено три глубоководных желоба, Пуэрто-Рико, Южносандвичев и Романш, их глубины заметно скромнее тихоокеанских впадин. Глубочайшей среди атлантических впадин является желоб Пуэрто-Рико с отметкой 8 742 м. Расположен он на самой границе Атлантики и Карибского моря, регион сейсмически весьма активен.

Недавние исследования впадины показали, что его глубина активно и постоянно увеличивается. Происходит это с погружением его южной стенки, являющейся частью Североамериканской плиты. В глубинах впадины Пуэрто-Рико на отметке 7 900 м при исследованиях найден крупный грязевой вулкан, который известен своим сильным извержением в 2004 году, горячая вода и грязь поднялись тогда высоко над океанической поверхностью.

Зондский желоб

В Индийском океане находится два глубоководных желоба Зондский, который часто называют Яванским, и Восточно-Индийский. По глубинам из них лидирует Зондская глубоководная впадина, протянувшаяся на 3 тыс. км вдоль южной оконечности одноименных Зондских островов и отметкой 7729 м близ о-ва Бали. Зондская океаническая впадина начинается неглубоким прогибом близ Мьянмы, продолжается и заметно сужается у индонезийского острова Ява.

Склоны Зондского желоба ассиметричные и очень крутые, северный островной склон из них заметно круче и выше, он сильно расчленен подводными каньонами, на нем различают обширные ступени и высокие уступы. Дно желоба в районе Явы выглядит группой впадин, которые разделены между собой высокими порогами. Наиболее углубленные части сложены вулканическими и морскими терригенными осадками, мощность которых доходит до 3 км. Образовавшуюся «подтеканием» Австралийской тектонической плиты под тектоническую структуру Сунда, Зондскую впадину обнаружила экспедиция исследовательского судна «Планет» в 1906 году.

Удивительно совершенное создание - человек! Он может не только видеть, слышать, чувствовать то, что находится с ним рядом или вокруг него, но и мысленно представить то, чего никогда не видел. Может помечтать, может вообразить. Давайте и мы с вами представим океаны и моря... без воды, а для этого посмотрим на физико-географическую карту дна океанов. Мы увидим, что на дне по окраинам океанов имеются длинные и очень глубокие щелеобразные впадины. Это - глубоководные желоба. Длина их достигает тысячи километров, а дно на три - шесть километров глубже, чем дно прилегающих частей океана.

Глубоководные желоба встречаются не везде. Они распространены вблизи горных краев материков или вдоль островных дуг. Многие из вас, наверно, знают Курило-Камчатский, Филиппинский, Перуанский, Чилийский и другие желоба в Тихом океане, Пуэрто-Риканский и Южно-Сандвичев желоба в Атлантическом. Глубоководные желоба со многих сторон окаймляют Тихий океан. Но их мало в Индийском океане. Они почти совершенно не встречаются по периферии Атлантического океана и полностью отсутствуют в Арктическом бассейне. В чем тут дело?

Желоба - самые глубоководные впадины на нашей планете. Они расположены чаще всего вблизи высокогорных хребтов суши. Так что горные хребты на суше или по окраинам океанов и глубоководные желоба фактически соседствуют друг с другом. Напомним читателю, что самая высокая точка Земли (гора Эверест или Джомолунгма ) имеет высоту 8844 метров (по некоторым данным 8882 метра ), а дно самой глубокой Марианской впадины находится на глубине 11022 метра. Разница составляет 19866 метров! Такой почти двадцатикилометровый размах имеет колебание поверхности нашей планеты.

Однако Джомолунгма удалена от Марианской впадины на несколько тысяч километров. А вот у горы Льюльяйльяко (6723 метра ) в Кордильерах и рядом расположенного Чилийского желоба (8069 метров ) разница составляет 14792 метра. Это, пожалуй, наиболее резкий контраст высот и глубин на Земле

При геологическом развитии горы вздымаются - желоба углубляются, горы разрушаются - желоба заполняются осадками. Таким образом, горные хребты и глубоководные желоба представляют единую систему. Это «сиамские близнецы» в геологии.

Но природа образования этих геологических близнецов - загадка из загадок. Единого ответа на нее ученые не могут найти и по сей день. Предполагалось, что в местах желобов земная кора под воздействием каких-то неведомых сил прогибается. Затем ученые стали считать, что желоба образовались на месте глубоких трещин. Впоследствии ученые узнали, что желоба образуются там, где две литосферные плиты движутся друг против друга. Столкнувшись, одна из них «побеждает» - наползает на другую. Но свое движение они продолжают и после столкновения, и с довольно быстрой, с геологической точки зрения, скоростью - около 5 - 10 сантиметров в год. Такое быстрое движение не позволяет смяться краям плит в складки. Поэтому одна из плит должна уступить дорогу другой. «Победителем» в борьбе этих двух геологических исполинов оказывается материковая плита: она «наползает» на более тонкую океаническую кору, подминая ее под себя. «Побежденная» океаническая плита уходит в размягченную и сильно разогретую мантию - в астеносферу. Там она сильно разогревается и вновь переходит в полурасплавленное вещество - магму. По расчетам советского ученого О. Г. Сорохотина, за год в желобах погружается под континентальные плиты около 50 миллиардов тонн вещества океанской коры. Следовательно, недра «пожирают» и переплавляют в год практически столько же океанической коры, сколько ее прирастает в рифтовых долинах срединно-океанических хребтов.

Район, где одна плита пододвигается под другую, называется зоной поддвига. Океаническая плита там сильно изгибается вниз. В месте такого изгиба и образуются глубокие и узкие депрессии - глубоководные желоба.

Многие из вас, дорогие читатели, изучая географические карты, заметили, что островные дуги и глубоководные желоба на картах имеют подкововидную форму. Вы спросите, почему? Представьте, что вы режете ножом яблоко. Сделали небольшой надрез и... стоп! Выньте нож. Посмотрите на надрез сверху. Он имеет форму полукруга. Земля круглая. Плиты тоже имеют форму полусфер. Когда одна плита поднимается на другую, место их столкновения и поддвига происходит по плоскости, направленной, как и плоскость ножа при разрезании яблока, не перпендикулярно поверхности сферы (Земли ), а под каким-то углом. Это и обусловливает образование желобов в форме дуги. Такая их форма очень хорошо видна, если посмотреть на Курило-Камчатскую область и на Алеутские острова.

Надвигающаяся на океаническую плиту континентальная кора в местах поддвига растрескивается. В трещины из недр Земли под воздействием огромной силы сжатия поднимается полурасплавленное вещество - магма. По краям растрескавшейся континентальной плиты образуются многочисленные вулканы и вулканические горы, нередко выстраивающиеся в виде длинной цепочки. Так образуются отдельные горы или островные дуги и горные цепи с многочисленными действующими и потухшими вулканами. Таковы Алеутские, Курильские, Малые Антильские и другие острова, горные цепи - Кордильеры и другие. Такие горные цепи и островные дуги с вулканами, окружающие океаны, получили название «огненное кольцо».

Островные дуги

Это цепочки вулканических островов над зоной субдукциии (место, где океаническая кора погружается в мантию), возникающие там, где одна океаническая плита погружается под другую. Островные дуги образуются при столкновении двух океанических плит. Одна из плит оказывается снизу и поглощается в мантию, на другой (верхней) образуются вулканы. Выгнутая сторона островной дуги направлена в сторону поглощаемой плиты, с этой стороны находится глубоководный желоб. Основанием для островных дуг служат подводные хребты от 40 до 300 км, протяженностью до 1000 км и более. Свод хребта выступает над уровнем моря в виде островов. Нередко островные дуги состоят из параллельных горных гряд, одна из которых чаще внешняя (обращенная к глубоководному желобу), выражена только подводным хребтом. В таком случае гряды отдалены друг от друга продольной депрессией глубиной до 3-4,5 км, заполненной 2-3 километровой толщей осадков. На ранних стадиях развития островные дуги представляют собой зону утолщения океанической коры, насаженными на гребень вулканическими постройками. На более поздних стадиях развития островные дуги образуют крупные массивы островной или полуостровной суши, земная кора здесь приближается по строению к континентальному типу.

Островные дуги широко развиты на окраинах Тихого океана. Это Командоро-Алеутская, Курильская, Японская, Марианская и др. В Индийском океане самой известной является Зондская дуга. В Атлантическом океане - Антильская и Южно-Антильская дуга.

Глубоководные желоба

Это узкие (100-150 км) и протяженные глубокие впадины (рис. 10). Дно желобов имеет V-образную форму, реже плоское, стенки крутые. Внутренние склоны, примыкающие к островным дугам, более крутые (до 10-15°), а противоположные склоны, обращенные в сторону открытого океана, пологие (около 2-3°). Склон желоба бывает осложнен продольными грабенами и горстами, а противоположный склон - ступенчатой системой крутых разломов. На склонах и дне залегают осадки, иногда достигающие мощности в 2-3 км (Яванский желоб). Осадки желобов представлены биогенно-терригенными и терригенно-вулканогенными илами, часты отложения мутьевых потоков и эдафогенные образования. Эдафогенные образования - это несортированные продукты обвалов и оползней с глыбами коренных пород.

Глубина желобов колеблится от 7000-8000 до 11000 м. Максимальная глубинна зафиксирована в Марианском желобе - 11022 м.

Желоба наблюдаются по всей переферии Тихого океана. В западной части океана они протягиваются от Курило-Камчатского желоба на севере, через Японский, Идзу-Бонинский, Марианский, Минданао, Новобританский, Бугенвильский, Новогебридинский до Тонга и Кермадек на юге. В восточной части океана расположен Атакамский, Центральноамериканский и Алеутский желоба. В Атлантическом океане - Пуэрто-Риканский, Южно-Антильский. В Индийском океане - Яванский желоб. В Северном Ледовитом океане желоба не обнаружены.

Глубоководные желоба в тектоническом отношении приурочены к зонам субдукции. Субдукция развивается там, где сходятся континентальная и океаническая плиты (или океанская с океанской). При их встречном движении более тяжелая плита (всегда океанская) уходит по другую, а затем погружается в мантию. Установлено, что субдукция развивается по-разному в зависимости от соотношения векторов движения плит, от возраста субдуцирующей литосферы и ряда других факторов.

Поскольку при субдукции одна из литосферных плит поглощается на глубине, нередко увлекая с собой осадочные формации желоба и даже породы висячего крыла, изучении процессов субдукции связано с большими трудностями. Геологические исследования также затрудняются глубоководностью океана. Поэтому большую ценность представляют результаты первого детального картирования участка дна в желобах, которое проведено по франко-японской программе «Кайко». У берегов Барбадоса, а затем и на склоне желоба Нанкай при бурении удалось пересечь сместитель зоны субдукции, находящийся в точке бурения на глубине нескольких сотен метров под поверхностью дна.

Современные глубоководные желоба простираются перпендикулярно направлению субдукции (ортогональная субдукция) или под острым углом к этому направлению (косоориентированная субдукция). Как было сказано выше, профиль глубоководных желобов всегда ассиметричен: субдуцирущее крыло пологое, а висячее крыло более крутое. Детали рельефа варьируются в зависимости от напряженного состояния литосферных плит, от режима субдукции и других условий.

Интересны формы рельефа прилегающих к глубоководным желобам территорий, строение которых также определяются зонами развития субдукции. Со стороны океана это пологие краевые валы, которые возвышаются над ложем океана на 200-1000 м. Судя по геофизическим данным, краевые валы представляют собой антиклинальный изгиб океанской литосферы. Там, где фрикционное сцепление литосферных плит велико, высота краевого вала находится перпендикулярно относительной глубине соседнего отрезка желоба.

С противоположной стороны, над висячим крылом зоны субдукции, параллельно желобу протягиваются высокие хребты или подводные гряды, имеющие иное строение и происхождение. Если субдукция направляется непосредственно под окраину континента (и глубоководный желоб примыкает к этой окраине), обычно образуются береговой хребет и отдельный от него продольными долинами главный хребет, рельеф которого бывает осложнен вулканическими постройками.

Поскольку любая зона субдукции уходит на глубину наклонно, ее воздействие на висячее крыло и его рельеф может распространяться на 600-700 км и более от желоба, что зависит прежде всего от угла наклона. При этом в соответствии с тектоническими условиями образуются различные формы рельефа при характеристике латеральных структурных рядов над зонами субдукции.