ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ МИРОВОГО ОКЕАНА.

В отличие от других планет Солнечной системы (в том числе и так называемого земного типа: на Венере воды мало, и она находится в газообразном состоянии; на Марсе воды тоже мало, и она сконцентрирована в полярных шапках и вечной мерзлоте) только на Земле образовался и развился океан. Несмотря на непосредственную связь возникновения океана с происхождением Земли, планет и Солнечной системы, его развитие имеет вполне земную историю. Не все в этой истории ясно науке до сих пор. Продолжаются споры по поводу механизма и продолжительности времени образования колоссальных масс воды, сравнительно недавно отказались от предположения о большей древности пород океанического дна, чем пород материков, отсутствуют точные оценки влияния жизни в океане на его солевой состав и геологические процессы. Но познание океана продолжается и приносит постоянно все новые и новые истины, иногда и отрицающие старые.

Изучение истории образования и развития океана имеет большое практическое значение. Воспроизведение физико-химических условий в океане за прошедшие сотни миллионов лет помогает понять эволюцию жизни и способствует успехам в направленном воздействии на нее. Выявление основных черт древней циркуляции океанических вод, температуры и солености позволяет прогнозировать условия образования месторождений полезных ископаемых и способствует успехам в их разведке.

Какой была Земля в самом начале своего существования - этого в точности никто не знает. Расположение материков (да и их количество) с тех пор изменялось несколько раз, и какие материки были на Земле изначально и где они располагались - можно только предполагать. Но достоверно известно, что суша изначально была безжизненной, и жизнь могла зародиться только в воде. А вода, скорее всего, покрывала большую часть поверхности Земли. И вода эта была горячей, фактически - кипящей, потому что под тонкой (на дне океана) земной корой находилась расплавленная магма. Недаром русский ученый А. И. Опарин, занимавшийся в 20-х годах XX века проблемой происхождения жизни на Земле, назвал тот океан «первичным бульоном».

На сегодня существует множество гипотез образования Мирового океана. Самые распространенные гипотезы, которые дают представление об истории океанических бассейнов, связаны с гипотезами (сжимающейся Земли, расширяющейся Земли, дрейфа континентов, конвективных течений в мантии) и в какой-то мере с объединяющей результаты всех их - гипотезой тектоники плит.

Согласно гипотезе сжатия, самой распространенной, Земля возникла из вращающейся раскаленной газовой туманности, которая, постепенно охлаждаясь и сжимаясь, достигла огненно-жидкого состояния, а затем на ней образовалась кора. Состояние земной коры определяется силами напряжения и деформации, вызванными охлаждением и сжатием внутренней массы Земли.

По другой теории, выдвинутой в начале нашего века американскими учеными Т.Ч. Чемберленом и Ф.Р. Мултоном, Земля первоначально представляла собой массу газа, извергнутого под действием приливных сил из поверхности Солнца. Одновременно высвобождались мелкие частицы газа, которые, быстро сгущаясь, превращались в твердые тела, называемые планетезималями. Обладая большой силой тяжести, земная масса притягивала их. Таким образом, Земля достигла современных размеров благодаря процессу наращения, а не в результате сжатия, как утверждает первая гипотеза.

Оригинальна гипотеза происхождения материков и океанов, связанная с именем австрийского геолога Альфреда Лотара Вегенера. Ученый считал, что в какой-то момент истории Земли равномерный слой сиаля скопился на одной стороне. Так возник материк Пангея. Вегенер высказал предположение, что эта масса сиаля держалась на поверхности более плотного слоя симы. Когда сиаль стал распадаться на части, горизонтальное движение материков вызвало изгибание передних краев сиаля. Этим можно объяснить происхождение таких высоких прибрежных горных цепей, как Анды и Скалистые горы.

Почти все гипотезы сходятся на том, что образование океанических бассейнов было вызвано двумя главными причинами: во-первых, перераспределением пород различной плотности, происходившим в период отвердевания земной коры, и, во-вторых, взаимодействием сил в недрах сжимающейся Земли, которое вызвало революционные изменения в рельефе поверхности.

Среди вопросов о происхождении океана важное значение имеет вопрос о первичности океанов, т. е. об их образовании одновременно с земной корой в процессе появления и формирования планеты или же вторичности океанов, - т. е. образования их в результате перестройки ранее создавшейся поверхности Земли. Мнения ученых о продолжительности времени образования планет сильно разошлись. Некоторые считают, что период образования длился около 0,6 млн. лет. У других эта цифра возрастает до 100 млн. лет. Но и большая из этих цифр не объясняет «избыточного» по сравнению с гипотезой разового образования Земли количества в верхних ее оболочках азота, углерода, хлора, серы, а главное, воды. Отсюда возникает предположение о пополнении океана водой в течение нескольких миллиардов лет, т. е. о так называемой дегазации мантии. Процесс дегазации состоит в том, что при движении из глубин Земли вода отделялась от других элементов в связи с изменением условий температуры и давления и конденсировалась на поверхности, образуя вместе с растворенными в ней соединениями океанический раствор.

Считается, что основная масса гидросферы образовалась примерно 600 млн. лет назад, а 250 млн. лет назад объем океана составлял более 90 % современного. Эти соображения позволяют сделать сразу два вывода. Океан в его современном виде достаточно молод, примерно в 16 раз моложе Земли, но вода - «тело океана», по выражению академика В. Г. Богорова, - имеет возраст, равный возрасту континентов.

Гипотеза тектоники плит и результаты глубоководного бурения дна океанов свидетельствуют о молодости древнейших коренных пород и отложений на его дне, возраст которых, вероятно, не превышает 200 млн. лет, что много меньше возраста пород континентов, превышающего 3,7 млрд. лет. Таким образом, вода оказалась гораздо древнее вмещающих ее пород.

Хотя происхождение океанических бассейнов остается пока тайной, картину того, как они заполнялись водой и как появлялись и исчезали океаны в геологическом прошлом Земли, можно представить себе более или менее точно. После образования земной коры, ее поверхность начала быстро охлаждаться, так как тепло, получаемое ею из недр Земли, недостаточно компенсировало потерю тепла, излучаемого в пространство. По мере охлаждения водяные пары, окружавшие Землю, образовали облачный покров. Когда температура упала до уровня, при котором влага превратилась в воду, пролились первые дожди. Дожди, веками низвергавшиеся на поверхность Земли, были главным источником воды, которая заполнила океанические впадины. Море, таким образом, было детищем атмосферы, в свою очередь представлявшей собой газообразные выделения древней Земли. Часть воды поступала из недр Земли.

Солевой состав воды претерпевал эволюцию вместе с океаном и Землей. Свидетельством общности океанских вод и глубинных вод мантии является примерно одинаковое содержание в них девяти главных ионов: натрия, калия, магния, кальция, хлора, брома, оксида серы, гидрооксида и оксида углерода. Отличие состоит в меньшем содержании в морской воде азота и углерода.

Откуда в океан попали соли? Ученые предполагают, что в период образования земной коры и океана из вещества мантии вместе с парами воды выделялись кислые вулканические дымы, содержавшие соединения хлора, брома, фтора. Первые «порции» воды на поверхности Земли были кислыми. Эта первичная вода разрушала и выщелачивала недавно образовавшиеся базальты, граниты и другие кристаллические породы земной коры и извлекала из них щелочные элементы - натрий, калий, кальций, магний и др. Щелочные элементы входили в соединения с хлором и бромом и нейтрализовали раствор. С течением времени поступление кислых вулканических дымов уменьшилось, а выщелачивание пород суши продолжалось. Таким образом океанская вода постепенно накапливала соли и приобретала слегка щелочную реакцию, которая присуща ей и в настоящее время. Газы, не растворившиеся в воде, поступали в атмосферу. В первоначальной атмосфере Земли почти не было кислорода. Он возникал лишь в ничтожных количествах в верхних слоях атмосферы, где под действием ультрафиолетовых лучей водяные пары разлагаются на водород и кислород.

Переворот в химии океана и атмосферы произошел более 3 млрд. лет назад, когда в результате сложных процессов в морской воде образовались первые органические молекулы и возникла растительная жизнь. Благодаря этому в океане и в атмосфере появился свободный кислород, который выделялся все в большем и большем количестве в процессе фотосинтеза. Так создались необходимые условия для появления и развития животных организмов. При окислении соединений азота, выделявшихся из недр Земли, появился свободный азот. Как и кислород, он вошел в состав атмосферы и частично растворился в воде. Окисление первичных соединений углерода привело к образованию свободной углекислоты.

Примерно к началу палеозоя (500 млн. лет назад) океанская вода по солевому составу и содержанию в ней газов уже почти не отличалась от современной. Хлориды (соли соляной кислоты) составляют в ней сейчас 88,7 % всей солености, сульфаты (соли серной кислоты) - 10,8 %, карбонаты (соли угольной кислоты) - 0,3 % и остальные соли - 0,2%. Общее количество солей в Мировом океане достигает 5 10 1 6 т. Содержатся в морской воде и некоторые непостоянно растворенные вещества, количество их невелико, но роль их огромна. Это прежде всего биогенные элементы: соли фосфора, азота, соединения кремния и кальция; затем так называемые микроэлементы, растворенные в океанской воде в очень малых или совсем ничтожных количествах. Всего в океанской воде пока обнаружено 70 химических элементов, но, вероятно, присутствуют все известные на нашей планете.

Очертания морей, а вместе с ними и контуры океанов постоянно менялись. В результате эрозии и движения земной коры создавались новые моря, а дно старых поднималось и превращалось в сушу.

По мере того как из-за постепенной потери тепла расплавленные недра Земли уменьшались в объеме, происходило горизонтальное сжатие коры, которая деформировалась. Возникали складчатые горные цепи, оседания коры. В результате повторяющихся циклов сжатия и ослабления очертания больших океанических бассейнов претерпевали значительные изменения.

Тайна образования жизни на Земле пока не разгадана, но ясно, что жизнь - порождение океана. Вероятно, еще в первичном океане накопилась основная масса органических соединений, образовались исходные системы для возникновения жизни, возник обмен веществ с окружающей средой, что явилось необходимым -условием создания клетки и одноклеточных организмов. На следующем этапе возникли многоклеточные организмы, и еще в докембрии сформировались почти все высшие типы организмов. Иными словами, примерно 500 млн. лет назад жизнь на Земле была по разнообразию близка к современной. До половины всех существующих на Земле типов организмов встречаются только в море, а остальные и в море, и на суше.

Средняя температура поверхности воды мирового океана равна 17,4 градуса, в то время как средняя температура нижнего слоя воздуха над мировым океаном равна 14,4 градуса.

Занимая почти 3/4 поверхности земного шара, океан служит мощным и постоянно действующим фактором обогревания нижних слоев атмосферы и смягчения климата земного шара.

46 процентов всей воды Земли находятся в Тихом океане. В Атлантическом океане - 23.9 процента; в Индийском - 20.3, а в Северном-Ледовитом - 3.7 процента.

Примерно 70 процентов Земли покрыто водой. Только 1 процент из этой воды годен для питья.

В самой глубокой точке мирового океана (Мариинский желоб, 11034 м.) железному шарику брошенному в воду потребуется больше часа, чтобы достигнуть океанского дна.

Мировой океан содержит 328,000,000 кубических миль морской воды.

Известно, что почти три четверти земной поверхности покрыты водами океана. По своему составу морская вода является водным раствором неорганического электролита. Происхождение вод мирового океана и содержащихся в них солей представляет собой весьма интересный вопрос.

В установлении химического состава воды океана в прошлом большую пользу могут оказать палеонтологические исследования. Если судить по имеющимся в настоящее время данным, то физические и химические свойства океана, по-видимому, в течение геологического времени существенно не менялись. Этот вывод обосновывается тем, что биологические виды прошлого более или менее сходны с современными видами.

Геохимическое решение этой проблемы заключается в попытке сопоставления количества состава эродированных изверженных и осадочных горных пород с количеством и составом растворенных в океане солей. Однако существуют трудности в объяснении содержания в морской воде и осадочных породах колоссальных количеств таких анионов, как карбонатный, хлоридный и сульфатный. Эрозией изверженных пород невозможно объяснить присутствие в современном океане многих летучих, и большая часть таких элементов, как C, CI, S, N, B, Br, F и т. д., содержащихся в современном океане и связанных в осадочных породах, должна поступать из внутренних частей Земли.

Вероятно, хлор, азот, сера и фтор поступали в виде HCI, NH3, H2S и HF; углерод в виде CH4, CO И CO2, а значительная часть кислорода в виде H2O, СО2 и СО.

Каким же образом протекал этот процесс? Для того чтобы ответить на этот вопрос, необходимо рассмотреть некоторые условия образования Земли.

В соответствии с ранней гипотезой Земля первоначально была в расплавленном состоянии, и поэтому могла произойти частичная потеря летучих, но и большая их часть должна была сохраниться внутри Земли. Именно эта часть летучих поступает после охлаждения на поверхность Земли в виде постепенного непрерывного потока.

Если летучие были утеряны на начальной стадии образования, то рН первичного океана должен быть около 0, 3 и столь сильно кислый раствор должен был легко растворять значительные количества изверженных пород. Как только концентрация Са2+, Mg2+, и СО2-3 в водном растворе достигла точек растворения кальцита и доломита, начали быстро осаждаться карбонаты. Вследствие этого из первичных атмосферы и гидросферы начала быстро извлекаться углекислота, что в конечном итоге привело к возникновению условий, пригодных для существования живых организмов.

Необходимо рассмотреть альтернативное допущение о постепенном формировании океана. Предположим, что исходное парциальное давление двуокиси углерода было ниже 1 атм и что общее атмосферное давление примерно на 10% больше современного. Тогда осаждение карбонатов должно было начаться к моменту эрозии около 240 х 1020 г изверженных пород и по достижении рН примерно 5, 7. В этом случае количество избыточных летучих в гидросфере не должно превышать 1/10 от современного их содержания из внутренних частей Земли. Параллельно кислород поступал и за счет жизнедеятельности живых организмов. Таким образом происходило постепенное формирование современной гидросферы.

Далее рассмотрим вопрос о поступлении воды за счет горячих источников. Считается, что водные пары горячих источников Йелоустонского парка содержат 10-15 % магматической воды, а горячие источники Айдахо - 2, 5% ее. Но даже если бы содержание магматической воды в воде горячих источников было меньше 1%, то в течении 4, 5 млрд. лет они могли бы выбросить достаточное количество воды для объяснения существования океана. По крайней мере, существование такой магматической воды поддерживает идею о том, что вода современного океана скопилась за счет постепенного поступления из внутренних частей Земли.

Существует еще одна точка зрения, выраженная Калпом , что гидросфера могла сформироваться постепенно за счет поступления воды из внутренних частей Земли, после остывания ее поверхности до какой-то определенной температуры. Хотя температура более глубоких зон земной коры и мантии точно не известна, но, по-видимому, он не выше 1000о С. при столь высокой температуре Н2О не может входить в кристаллическую решетку каких бы то ни было минералов. Поэтому, подобно газу, газообразная Н2О, мигрируя сквозь породы, терялась земной корой. Однако в отличие от газа при приближении воды к земной поверхности часть ее соединялась с веществом коры и образовала гидраты: остальная часть поступала в гидросферу и атмосферу.

Мы никогда не будем иметь больше воды, чем имеем сейчас.

Ежедневно с поверхности земли испаряется 1,000,000,000,000 (триллион) тонн воды.

Вода - единственная субстанция, которая встречается в природе в трех формах: твердой (лед), жидкой и в виде газа.

80% земной поверхности покрыта водой.

3% воды на земле пресная; большая часть пресной воды содержится в замерзшем состоянии в ледниках.

М. Г. Деев ,
канд. геогр. наук, старший научный сотрудник кафедры океанологии Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Земля во многих отношениях уникальная планета, но, пожалуй, самое удивительное на ней - наличие большого количества жидкой воды. Водяной пар и лед можно найти на других планетах, в астероидах и метеоритах, но жидкая вода есть только на Земле. Особенность жидкой фазы воды заключается в том, что она может существовать лишь в очень узком диапазоне температур - от 0 до 100 °С, и такие температурные условия сохраняются продолжительное время только на Земле. Именно присутствие жидкой воды сделало возможным возникновение и развитие жизни на Земле в ее современных формах. Самым большим хранилищем воды является Мировой океан, который, как показывают данные палеогеографии, никогда полностью не замерзал и не испарялся.

Приведем определение этого интересного географического объекта, данное в одной из последних работ известного океанолога академика А.С. Монина: «Мировой океан - непрерывно распределенная по поверхности Земли (на площади, охватывающей около 71%) и ограниченная снизу и с боков причудливой формой рельефа дна и береговой линией континентов толща соленой воды с массой 1377·10 6 гигатонн, имеющая среднюю глубину около 3800 метров, с многочисленными разбросанными на ее поверхности островами, и разнообразной формой жизни в ее глубинах».

После первого знакомства с океаном вполне естественно возникает желание знать, когда и как он образовался, всегда ли был таким, каким мы его знаем сегодня, и как эволюционировал на протяжении истории Земли? Вопрос тем более интересен, что историю формирования и развития материков и всей нашей планеты можно понять только в том случае, если хорошо известна история возникновения и дальнейшей эволюции Мирового океана. Следует заметить, что история океана весьма сложна, во многом еще недостаточно изучена и пока не может быть истолкована однозначно. Поэтому далее будут приведены наиболее широко распространенные, но иногда требующие дополнительных подтверждений научные представления по интересующему нас предмету.

Прежде всего, зададимся вопросом о времени появления жидкой воды, о том, как быстро это произошло после образования самой планеты. В настоящее время считается, что образование Земли началось 4,6 млрд лет назад. Согласно некоторым гипотезам, промежуточной стадией формирования планет из межзвездной пыли и газов считается образование так называемых планетезималей - твердых и крупных (до нескольких сотен километров в поперечнике) тел, последующее скопление и объединение которых становится процессом аккреции уже непосредственно планеты. По геологическим меркам, Земля сформировалась очень быстро, примерно за первые сто миллионов лет своей истории достигнув 93-95% сегодняшней массы. Наиболее вероятно, что первоначально Земля не имела атмосферы и гидросферы, а ее поверхность непрерывно изменялась в результате интенсивной метеоритной бомбардировки.

Образование планеты сопровождалось сильным гравитационным сжатием и выделением столь большого количества тепла, что первые сотни миллионов лет у поверхности Земли существовал магматический океан, или расплавленная первичная астеносфера. Так как в расплаве (магме) находились вещества разные по составу и плотности, началась гравитационная дифференциация. При этом более плотные вещества (тяжелые металлы) погружались, образуя металлическое (железное) ядро планеты, а менее плотные (силикаты) всплывали, постепенно создавая мантию и литосферу. Дифференциация сопровождалась дегазацией мантийного вещест-ва, при которой легко кипящие фракции переходили в газообразное состояние и, выходя на поверхность, формировали первичную плотную и горячую атмосферу Земли. Наиболее вероятно, что вначале атмосфера состояла из углекислого газа (СО 2), аммиака (NH 3 ), возможно также сернистого водорода (H 2 S) и хлористого водорода (HCl), но главное, в ней появился водяной пар, количество которого постепенно увеличивалось и, по некоторым оценкам, могло достигать величины порядка 10 21 кг, что составляет около 70% массы современной гидросферы Земли.

Постепенное истощение источников внутреннего тепла Земли привело к остыванию и кристаллизации магмы с последующим образованием первичной твердой земной коры. Дальнейшее остывание верхних слоев планеты и понижение температуры ниже точки кипения неизбежно вызвало конденсацию водяного пара и тем самым появление жидкой фазы воды. Можно полагать, что озера первичной гидросферы на поверхности молодой планеты неоднократно испарялись и появлялись вновь, пока не установился температурный режим, в среднем повсеместно допускавший существование жидкой воды. Когда это могло произойти?

Самые древние (из известных сегодня) горные породы найдены в Западной Австралии, их возраст оценивается в 4,2-4,0 млрд лет. Большое внимание привлекли извлеченные из них зерна минерала циркона (химическая формула ZrSiO 4 , часто радиоактивен). Изотопный анализ древнейших цирконов показал повышенное содержание тяжелого изотопа кислорода 18 О, характерное для жидкой воды. Это служит косвенным доказательством того, что эти минералы образовались в присутствии жидкой воды. В тех же западноавстралийских цирконах оказалось аномальное содержание еще некоторых изотопов, свидетельствующее о земном (не метеоритном) происхождении минералов.

Помимо косвенных получены и прямые доказательства существования жидкой воды. В горных породах возрастом 3,9-3,8 млрд лет, найденных в юго-западном районе Гренландии, обнаружены железистые кварциты водного происхождения, что позволяет предположить существование жидкой воды в этом районе на 200-300 млн лет ранее указанного времени. Таким образом, гидросфера Земли начала формироваться не позднее 4 млрд лет тому назад при постепенном остывании поверхности планеты и конденсации водяного пара первичной атмосферы. Первые, еще весьма мелководные, моря будущего Мирового океана заполняли впадины застывшего рельефа, разрастались, сливались с соседними водными бассейнами.

Полагают, что первичная земная кора, которая выплавлялась из мантии, состояла из пород, близких по своему составу к базальтам. Во всяком случае, первичная кора имела основной или ультраосновной состав, то есть была идентичной современной земной коре океанического типа. Протоконтинентальная кора начала формироваться почти в то же время, но занимала значительно меньшие площади. Ее первые острова расчленяли неглубокий первичный океан на отдельные бассейны.

Собрано большое число подтверждений существования океана в ранние геологические эпохи. Одним из первых обоснованные предположения о возрасте и эволюции Мирового океана высказал в 1901 г.австрийский геолог Эдуард Зюсс. В основе его рассуждений лежала смелая гипотеза о том, что привычное расположение материков и океанов на поверхности Земли не было незыблемым и постоянным в геологическом прошлом. По заключению Зюсса, в позднем палеозое - раннем мезозое (порядка 350 млн лет тому назад) существовал мегаконтинент Гондвана, в котором слились фрагменты Африки, Индостана, Южной Америки, Австралии и Антарктиды. Спустя четырнадцать лет немецкий геофизик Альфред Вегенер, развивая гипотезу Зюсса, предложил теорию дрейфа континентов. Он считал, что Гондвана Зюсса была частью еще более крупного суперконтинента Пангеи, окруженного сплошным кольцом океанических вод. Постепенно появлялись данные о том, что Атлантический и Индийский океаны с геологической точки зрения молоды, а Тихий океан значительно более древний. Согласно палеомагнитным данным, древние океаны шириной до 3,5 тыс. км существовали в палеозое (400-500 млн лет тому назад), а еще более широкие, до 5 тыс. км, - в раннем протерозое (1,7-2,5 млрд лет тому назад).

Реликтами земной коры океанического типа считаются офиолиты - особый комплекс интрузивных, эффузивных и осадочных пород, широкое распространение которых в том или ином районе свидетельствует о существовании древнего океана. Найдены офиолиты раннепротерозойского и даже архейского (3-4 млрд лет) возраста.

Первоначально древние океаны были мелководными, но вместе с постепенным увеличением объема жидкой воды глубины возрастали - от 150-700 мв архее до 2900 м в среднем протерозое (1,2 млрд лет). Воды Мирового океана достигли объема близкого к современному приблизительно к началу кембрийского периода, около 570 млн лет назад, а в дальнейшем пополнялись в процессе продолжавшейся дегазации мантии во время вулканиче-ских извержений (в особенности подводного вулканизма) и перераспределялись между отдельными океанами.

Итак, первые бассейны, наполненные жидкой водой, появились на Земле не позднее 4 млрд лет тому назад. С тех пор температурные условия на поверхности Земли в среднем всегда находились в пределах существования жидкой воды, иными словами, океан никогда полностью не исчезал. Это важно отметить, так как далее предстоит разрешить любопытный парадокс. Дело в том, что на дне современных океанов нигде не найдено не только осадочных пород с возрастом более 170 млн лет, но и коренные породы океанического дна оказались с геологической точки зрения удивительно «молодыми».

Несоответствие между возрастом Мирового океана, соизмеримым с возрастом Земли, и молодостью океанического дна объясняется с позиций теории новой глобальной тектоники. Согласно ее положениям, земная кора не есть единая твердая и неизменная оболочка земного шара, а представляет собой своеобразную мозаику из нескольких жестких литосферных плит площадью в десятки миллионов квадратных километров, находящихся на плаву в вязкой астеносфере и непрерывно испытывающих вполне упорядоченные горизонтальные перемещения. Объясним кажущийся временной парадокс на примере Атлантического океана.

Через центральную часть океана с севера на юг простирается срединно-океанический хребет. В осевой части хребта располагается рифтовая долина, по которой проходит граница между соседними литосферными плитами: Американской - к западу от хребта, Африканской и Евразийской - к востоку. Рифтовая долина есть зона спрединга, или раздвижения, плит. Под ней происходит поднятие расплавленного мантийного вещества, формирование из него новых участков океанической коры и их перемещение в обе стороны от хребта. Скорость раздвижения литосферных плит составляет единицы сантиметров в год. По сторонам рифтовой долины расположены самые молодые участки океанического дна. С удалением от хребта возраст донных осадков постепенно увеличивается и достигает наибольших значений в прибрежных зонах океана. Достигнув берега, океаническая часть плиты «ныряет» под нависающий край континента, происходит ее поддвиг под соседнюю плиту и погружение в мантию. Таким образом, возраст океанического дна зависит от расстояния между рифтовой зоной (осью спрединга) и областью погружения (называемой зоной субдукции), а также от скорости горизонтального перемещения плит.

Механизм, приводящий в движение литосферные плиты, объясняется следующим образом. Конвекция, возбуждаемая внутренним теплом Земли, порождает в мантии конвективные ячейки. Под зонами спрединга находятся восходящие ветви, в зонах субдукции -нисходящие, в промежутке - горизонтальные ветви конвективных ячеек. Горизонтальные размеры ячеек соответствуют расстояниям между зонами спрединга и субдукции, вертикальные составляют в современную геологическую эпоху около 400 км.

Интересно, что базальты, кристаллизующиеся из расплава в рифтовой зоне, одновременно намагничиваются в магнитном поле Земли и впоследствии сохраняют свои магнитные свойства. Это позволяет, сравнивая магнитные характеристики образца базальта с соответствующими характеристиками современного магнитного поля, определять возраст разных участков океанического дна.

Считается, что тектоника литосферных плит начала действовать не позднее 3,5-3,0 млрд лет назад, но размеры плит были меньше, а число их больше. Современные черты динамики этот механизм приобрел в начале позднего протерозоя (около одного миллиарда лет назад). Теперь можно в общих чертах проследить, как менялись очертания океанов и континентов на поверхности Земли.

Первые структуры континентов возникли около 3 млрд лет назад. На рубеже архея и протерозоя (2,5 млрд лет тому назад) горизонтальные перемещения литосферных плит привели к сближению и постепенному слиянию древних материков, что привело к формированию первого суперконтинента Пангеи, окруженного единым океаном Панталассом. Названия даны по старой научной традиции использования грече-ского языка: пан - всеобщий, гео - земля, таласс - океан. Примерно через 300-500 млн лет Пангея раздробилась на обособленные континенты, между которыми возникли океанские бассейны. В дальнейшей истории Земли подобная компактная группировка материков в единый континент возникала, существовала и разрушалась трижды, с периодичностью около 800 млн лет. Последней была палеозойско-мезозойская Пангея, существование которой первым обосновал А. Вегенер. Интересно, что компоновка каждой Пангеи была сходна с «вегенеровской». Во всяком случае, многие факты говорят о том, что в перемещении литосферных плит прослеживается определенная упорядоченность. Таким образом, сегодняшняя конфигурация материков и океанов не есть нечто застывшее навсегда. Она меняется буквально на наших глазах, только эти изменения происходят очень медленно, со скоростями в среднем 4-6 см в год.

Рис. 1. Реконструкция суперконтинента Пангея, около 200 млн лет назад (по Я. Голонке, 2000 г.)

Геологический прогноз движений литосферных плит в ближайшие примерно 50 млн лет в главных чертах выглядит следующим образом. Атлантический океан станет шире, а площадь Тихого океана сократится. Австралия продвинется на север и подойдет ближе к Евразийской плите. Азия соединится с Северной Америкой в районе Алеутских островов. Красное море раздвинется - это зародыш будущего океана, полуостров Калифорния станет островом. Океаны Земли в ходе своей эволюции проходят последовательно этапы развития от узкого моря (Красное море сегодня) до размеров современного Тихого океана. Одновременно происходят сближения и расхождения материков, изменение их числа и пространственной ориентации.

Мировой океан это, прежде всего, морская вода, привлекающая к себе пристальное внимание океанологов. Одной из важнейших характеристик вод, наполняющих Мировой океан, является соленость. В практических целях соленость принято характеризовать концентрацией раствора, которую измеряют в промилле (‰), то есть в тысячных долях, и средняя соленость морской воды составляет около 35‰.

Под соленостью понимается выраженная в граммах масса всех твердых веществ, растворенных в 1000 г морской воды, когда карбонаты превращены в окислы, бром и йод замещены эквивалентным количеством хлора, а органические вещества сожжены при 480 °С. Кратко можно сказать, что соленость морской воды есть отношение массы растворенного твердого вещества к массе раствора.

Вода является одним из лучших растворителей, поэтому на Земле невозможно найти химически чистое вещество Н 2 О, все природные воды в той или иной степени минерализованы. Воды первичного океана также представляли собой раствор солей, по концентрации близкий к современной солености, но солевой состав раствора был отличен от настоящего. Ювенильный раствор, поступавший на поверхность Земли при дегазации мантии, на первых порах, по-видимому, полностью выпаривался, но с понижением температуры ниже точки кипения воды стал растворяться в воде первых земных морей. Одновременно в раствор переходили легко растворимые вещества первичной земной коры. Кроме того, в воде первых морей растворялись газы, содержавшиеся в первичной атмосфере: HCl, HF, HBr, B(OH) 3 и некоторые другие. Поэтому первое время существования океана его воды должны были проявлять кислую реакцию из-за присутствия в растворе сильных кислот.

В дальнейшем происходило приспособление солевого состава первичного океана к изменяющимся термическим и гидрохимическим условиям на поверхности Земли. В растворе оставались те элементы, для которых не нашлось достаточного количества сильных осадителей, например такие, как хлор и бром. Их процентное содержание в растворе почти не изменилось. Содержание других элементов, прежде всего углерода, сильно уменьшилось. Это свидетельствует о том, что в океане постоянно протекают процессы, выводящие углерод из раствора. Основная реакция этого типа - перевод углекислого газа в угольную кислоту с дальнейшим переходом в нерастворимый и потому выпадающий в осадок карбонат кальция. Этот процесс происходил всегда и протекает до сих пор. Сильные кислоты в океане архейского времени вступали в реакцию с сильными основаниями, что в результате привело к постепенной нейтрализации первично кислых вод.

Рис. 2. Литосферные плиты и скорости их перемещения в мм/год (по В.Е. Хаину, 2008 г.)

Существенные изменения в солевом составе океанских вод начались с возникновением и дальнейшим развитием жизни. С появлением биосферы начала проявляться реакция фотосинтеза, в ходе которой из морской воды выводятся, прежде всего, углерод и азот. В процессе фотосинтеза создается свободный кислород, что открыло возможность формирования современной азотно-кислородной атмосферы. В результате фотосинтеза из атмосферы почти полностью был извлечен углекислый газ, что способ-ствовало стабилизации карбонатной системы, возникновению скелетных организмов, а в дальнейшем - накоплению карбонатных осадочных толщ на дне океанов.

Эти и другие природные процессы постепенно видоизменяли солевой состав океанических вод, который стал преимущественно хлоридно-сульфатным и практически идентичным со-временному. В настоящее время морская вода представляет собой равновесный природный раствор, обладающий исключительно высокой химической инертностью, сохраняющий свой состав и концентрацию солей практически неизменными на протяжении, по меньшей мере, последней геологической эпохи.

Наука считает, что из 4,5 млрд. лет существования Земли океан существует примерно 3,8-4,2 млрд. лет. При этом совре­менным океанам и морям не больше 200 млн. лет.

Происхождение Мирового океана и воды на Земле тесно свя­зано с формированием нашей планеты, в особенности с образо­ванием ее верхней твердой оболочки - земной коры.

Как считает большинство современных ученых, Земля и дру­гие планеты Солнечной системы когда-то сформировались из огромного холодного газово-пылевого облака, окружавшего Солн­це. Состав этого облака подобен составу каменных метеоритов, содержащих в среднем от 0,5 до 1 % воды. По расчетам совет­ского ученого-геофизика В. С. Сафронова , наша планета была телом диаметром от 500 до 1000 км, а 98 % своей массы она при­обрела за 100 млн. лет.

Вначале Земля не имела водной и газовой оболочек. Но в процессе происходившего под влиянием разогрева за счет энер­гии гравитационного сжатия распада радиоактивных элементов (урана, тория, калия-40) и других факторов выделялись различ­ные газы, водяные пары и вода, из которых образовались гидро­сфера и атмосфера. В дальнейшем под воздействием высоких температур глубинные горные породы расплавлялись и разде­лялись на легкоплавкиеи тугоплавкие.

Летучие химические соединения (газы), в том числе и вода в жидком и парообразном виде, поднимались вверх, после чего водяные пары, конденси­руясь в атмосфере, выпадали ливневыми дождями на Землю. Так образовался Мировой океан и заполнил своей водой впа­дины. Вода его была соляно-кислой хлоридной кальциево-магниевой или магниево-кальциевой с минерализацией до несколь­ких граммов на литр. Первичный океан был неглубоким. Постоян­но и интенсивно испаряясь, вода в капельно-жидком виде оку­тывала весь земной шар плотными облаками (подобными тем, что окружают Венеру). Постепенно на Земле накапливалась прес­ная вода (реки, озера и т. п.).

Таким образом, океан, как считают ученые, возник в резуль­тате разогрева водосодержащих минералов и горных пород в кон­це периода формирования Земли как планеты.

Прошли миллиарды лет, а масса вод Мирового океана и их состав продолжает изменяться. В наше время уровень за счет воды океана из глубинных слоев Земли повышается в среднем на 1 мм за тысячу лет, а благодаря таянию ледников - на 2-3 мм в год.

Считается, что первоначально океаническая вода была мало­соленой . Ее современный химический состав формировался по­степенно, в результате взаимодействия с горными породами на протяжении многих миллионов лет. На химический состав вод Мирового океана влияла и влияет также зародившаяся около 3,5 млрд. лет назад и существующая теперь в нем жизнь - фло­ра и фауна.

Важным этапом в формировании Мирового океана явилось образование континентов, гор, больших впадин и других форм рельефа земной коры.

Как возникло Черное море? Каково происхождение океанов и морей на земном шаре? Почему море соленое? Всегда ли моря были солеными? Откуда взялась вода на нашей планете? На все эти вопросы ищут ответы ученые: океанографы, геологи, палеонтологи, химики. По мере развития этих наук углубляются и знания о нашей пла­нете.

Академик О. Ю. Шмидт говорил, что в естествозна­нии есть три важных вопроса: происхождение Земли, происхождение жизни на Земле и происхождение чело­века. Любой вопрос - о причинах горообразования, о причинах магнетизма, о причинах землетрясений (доба­вим от себя - а также и вопрос о происхождении какого-то моря) упирается в решение вопроса о происхождении Земли.

Долгое время в науке господствовали гипотезы о ка­тастрофическом, случайном происхождении планет сол­нечной системы, в том числе и нашей Земли. В настоящее время большинство ученых считает происхождение на­шей планеты не катастрофическим, а эволюционным, на­пример, при столкновении друг с другом космических частиц разной величины. Ничего нет исключительного в том, что Солнце могло захватить по мере своего движе­ния в Галактике облако холодной пыли. Однако есть доказательства того, что многие встречающиеся на Зем­ле горные породы были когда-то в расплавленном со­стоянии. Возможно, они были выделены из древних вулка­нов или расплавлены их теплом. Есть предположение, что вода, ныне покрывающая две трети нашей планеты, то­же является продуктом вулканической деятельности. И сейчас при извержении вулканов вода составляет от 3 до 8 процентов всех изверженных веществ.

Свежие вулканические пеплы содержат много легко­растворимых солей натрия, калия, кальция, магния. Это­го количества вполне хватило бы на то, чтобы образо­вать солевой состав морской воды.

В последнее время ученые склоняются к выводу о том, что вся эволюция внешних оболочек Земли - литосферы, гидросферы и атмосферы, так же как и возникновение жизни, есть преобразование первичных вулканических продуктов. Мифического владыку подземного царства Плутонапоэтому стали называть Плутон-созидатель.

Возможно, постепенное разогревание планеты произо­шло в результате ядерных реакций. Над Землей носились тогда черные зловещие тучи, содержавшие не только во­ду, но и соли, испарившиеся с поверхности раскаленной планеты. Постепенно ядерные процессы ослабевали и Земля остывала. Когда окружавшие планету пары до­стигли состояния насыщения, начался ливень. Это был настоящий «всемирный потоп», длившийся тысячи лет. Конечно, никто не наблюдал этого явления, ибо ни одно­го живого существа на Земле не было. Так образовался первичный океан на поверхности нашей планеты.

Нарисованная выше картина - еще одна из гипотез происхождения водной оболочки Земли. Есть и другие гипотезы. Имеется предположение, что все соли морской воды вынесены в океан реками. С этим трудно согласить­ся, так как морская вода имеет иной солевой состав, чем речная, не говоря уже о несоизмеримо малой соле­ности речной воды по сравнению с водой океанской.

Можно выделить две части Черного моря: северо-за­падную, мелководную, и основную, глубоководную. Пер­вая из них лежит на древней платформе, которая окай­мляет с юга Русскую платформу и идет через Степной Крым - Добруджу. Основная часть моря представляет собой впадину земной коры с плоским дном и относи­тельно крутыми краями. Происхождение этой впадины относят к концу третичного - началу четвертичного пе­риода, когда образовались горы Кавказа, Крыма и Ма­лой Азии. По ее краям и сейчас продолжаются движе­ния земной коры, сопровождаемые землетрясениями.

Особенно сильным было уже упоминавшееся земле­трясение 1927 года, несколько эпицентров которого ле­жали в море на глубине от 200 до 1000 метров.

В строении дна Черного моря и истории его развития, как в капле воды, отражаются процессы, происходившие и происходящие на всем земном шаре. Известно, что в составе земной коры есть два рода образований: устой­чивые платформы и подвижные области (так называе­мые геосинклинали). Платформы состоят из галечников, песков, известняков, древних сланцев, лежащих парал­лельными слоями. Есть такая огромная платформа и в Америке (основа ее-Канадский щит). Европейская платформа простирается также на большие расстояния. Ее основой являютсяУкраинский и Балтийским щиты. На этой-то платформе и лежит северо-западная часть Черного моря.

Геосинклинальные области состоят из глин, известня­ков, вулканических лав. Здесь много складок и разло­мов горных пород, которые произошли при движениях земной коры в этих районах. Такой в геологическом от­ношении подвижной областью является основная часть дна и побережий Черного моря.

Известно, что в течение времени платформы и геосин­клинали меняются местами. Считается, что все участки Земли были когда-то дном моря. Даже высочайшая го­ра земного шара Джомолунгма имеет в составе пород известняки морского происхождения. Тем не менее есть много участков морского дна, которые никогда не были сушей. На дне древних морей так же, как и сейчас, на­капливались осадки, происходили движения земной коры, эти осадки поднимались выше уровня воды, смина­лись в складки при горообразовании, по трещинам из­ливалась лава.

Если на берегах моря во время горообразования возникли складки, то центральная его часть несколько раз опускалась и в настоящее время напоминает провал, который окаймляется огромными ступенями.

После прекращения вулканической деятельности на­чинается размыв горных пород дождевыми водами, а у самого берега волнами. Немалую роль в разрушении этих пород играет и ветер. Продукты разрушения отно­сятся в море, где накапливается материал для образова­ния будущих платформ. На этой стадии и находится ос­новная часть дна и побережий Черного моря.

На протяжении геологической истории район, где рас­положено Черное море, неоднократно менял свой вид: суша сменялась морем, море то соединялось с океаном, то отделялось от него. В течение одного только четвер­тичного периода Черное море три раза соединялось с Каспийским и два раза со Средиземным.

Рассмотрим основные этапы развития Черного моря.

Десятки миллионов лет назад в районе современных морей Средиземного, Мраморного, Черного, Азовского, Каспийского и Аральского простирался залив древнего громадного моря Тэтис, так его назвали в честь богини моря Фетиды, или Тетиды, - дочери царя Нептуна - бо­га морей. Залив состоял из двух частей: западной (сов­ременное Средиземное море) и восточной (остальная часть). Западная часть моря была соленой, восточная - опресненной, так как сюда стекало много рек.

Около 13 миллионов лет назад при образовании Аль­пийских гор связь между двумя частями моря Тэтис пре­рвалась. Вместо восточной части моря образовалось опресненное Сарматское море, а его обитатели частично вымерли, частично приспособились к опресненной воде.

Примерно 10 миллионов лет назад путем постепен­ного изменения (эволюции) сократилась акватория преж­него моря, причем соленость его значительно повысилась. Изменились и обитатели моря: одни из них приспособи­лись к новой солености, другие вымерли, третьи переш­ли в заливы, ближе к рекам.

8 миллионов лет назад образовалось так называемое Понтическое море, включавшее современные Черное и Каспийское моря. Современные горы Кавказа и Крыма вырисовывались тогда в виде островов. Понтическое море было почти пресным (соленость его была меньше со­лености современного Каспия).

Дальнейшее поднятие суши миллион лет назад окон­чательно разделило Черное и Каспийское моря. Каспий­ское море осталось опресненным. Впоследствии несколь­ко раз Черное море соединялось со Средиземным, все время осолонявшим его. Последнее соединение произо­шло 8 тысяч лет назад. Вероятно, это соединение при об­разовании пролива Босфор произошло внезапно после землетрясения. Масса соленой средиземноморской воды хлынула тогда в котловину Черного моря. Историки по­лагают, что это событие произошло на глазах обитав­шего здесь человека и могло найти отражение в легенде о всемирном потопе (ведь в Библии точно не указано место, где происходил потоп). От притока соленой сре­диземноморской воды погибло тогда много организмов. Разложение остатков этих организмов в глубине моря, лишенной кислорода, создало тот первоначальный запас сероводорода, который, постепенно пополняясь, продол­жает существовать до сих пор.

В настоящее время происходит очень слабое подня­тие гор, окружающих море (несколько сантиметров или даже миллиметров в столетие). Одновременно происхо­дит поднятие уровня моря (20-25 сантиметров в столе­тие). Эти процессы в некоторых районах уравновешива­ются (Анапа, Сочи), в исключительных случаях подня­тие гор обгоняет поднятие уровня, но, как правило, по­следнее преобладает на Черном море.