Читая каменную летопись Земли...

В тех случаях, когда вулканические продукты не достигают тропосферы, они разносятся ветром в полосе шириной в сотни километров, покрывая площади в десятки и сотни тысяч квадратных километров. В составе этих продуктов присутствуют обломки ранее затвердевших вулканических пород — лав, туфов, агломератов; отдельные кристаллы минералов, выделившихся при раскристаллизации магмы (в основном полевые шпаты, пироксены).; вулканическое стекло. Последнее наиболее многочисленно. Это сгустки магмы, которые затвердели так быстро, что не успела сложиться кристаллическая структура образовавшегося вещества. Частички вулканического стекла в шлифах обычно полупрозрачны, имеют зеленую окраску и форму рогулек. Полагают, что они появились в результате разрушения полых сфер, которые возникают при прохождении пузырьков газа через еще горячую лаву.

Опустившись из пепловой тучи на поверхность моря, частицы вскоре оказываются на дне, покрывая тонким слоем вместе с остатками погибших организмов огромные пространства. Входящий в его состав вулканический материал называется тефрой (греч. «пепел»). При прохождении через водную толщу он частично изменяется по химическому составу. Тефра легко узнается среди других осадков благодаря специфической структуре, окраске (чаще всего коричневой или зеленовато-серой) и более высокой плотности. Последняя обусловлена быстрой раскристаллизацией вулканического материала и цементацией его перового пространства. Слой пепла, образовавшийся практически одновременно на огромной площади, является прекрасным маркером, облегчающим синхронизацию прошедших геологических событий. К тому же, используя калий-аргоновый или другие методы абсолютной геохронологии, можно точно датировать время извержения вулкана, с которым связано формирование данного пеплового горизонта. Эти методы широко применяются при изучении третичных и четвертичных отложений в регионах, где в указанное время отмечалась повышенная вулканическая активность.

Подсчитано, что за период с 1500 г. н. э. по настоящее время действовало около 450 вулканов, извергнувших почти 330 км³ вулканических пирокластических продуктов и 50 км³ лавы. Большая часть пеплового материала (310 км³) была выброшена в атмосферу вулканами, образующими островные краевые дуги или приуроченными к активным континентальным окраинам. Именно с вулканами островных дуг чаще всего связаны катастрофические извержения, приводившие к гибели десятков тысяч людей. Подобные извержения могут сопровождаться взрывом и разрушением центрального конуса вулкана. В образовавшуюся после взрыва глубокую кальдеру устремляются огромные массы морской воды, ее заполняющие. Взрыв порождает волну — цунами огромной высоты, которое совершает опустошительные разрушения не только в прилегающих к вулкану районах побережья, но и за тысячи километров от него, иногда на другой стороне океана.

Сыпучие «волны» на дне морском

Многое из того, что происходит в пустыне, повторяется на дне морском — с той лишь разницей, что здесь «дуют» другие «ветры», как оказалось, не менее сильные и устойчивые. Роль ветра на дне морском могут играть придонные течения или штормовые волны, действующие в прибрежной части шельфа. Морское дно отнюдь не унылая однообразная равнина. Подводные ландшафты достаточно разнообразны. К тому же их облик может меняться от сезона к сезону, от года к году. Особым непостоянством подводные ландшафты отличаются там, где преобладают сыпучие грунты — пески и алевриты. При этом неважно, какой состав они имеют — терригенный, карбонатный или вулканогенный. Если бы кому-нибудь пришла в голову мысль совершить путешествие по дну морскому, то оно оказалось бы очень увлекательным: разнообразные знаки ряби, гривки как бы застывших песчаных «волн», разделенных ложбинами и желобками, наконец, величественные подводные дюны, гонимые не ветрами, но волнами или течениями. Развитие методов подводного фотографирования и бокового сейсмического зондирования привело к открытию целых полей песчаных валов и гряд. Они выстраиваются в определенном порядке по отношению к береговой линии и меняют ориентацию при перемене направления движущихся к пляжу волн. Больше всего песчаных валов и гряд на глубинах 10–20 м (рис. 5). Отдельные валы, высота которых может достигать 6 м, вытянуты субпараллельно друг другу на расстояние 15–50, а иногда и 200 м. Протяженность песчаных гряд нередко превышает километры. Все они медленно мигрируют вдоль побережья под напором штормовых волн. Это движение ускоряется во время затяжных осенних штормов. Волны и порождаемые ими отливные течения взмучивают песок из ложбин и забрасывают его на гривки валов, откуда он скатывается на противоположный их склон. В результате перемещения песка с одной стороны («подветренной») гребня на другую («наветренную») осуществляется постепенное перемещение вала. При этом в ложбинах остается самый грубый материал, слишком тяжелый и потому слабо взмучиваемый.

Рис. 5. Перенос осадочного материала в береговой зоне и прилегающей части шельфа в различных гидродинамических условиях (Swift, 1975 г.) 1 — баровые пески; 2 — осадки приливно-отливной равнины; 3 — шельфовые наносы; 4 — плейстоценовый субстрат.

Как известно, штормовой режим характерен для умеренных и высоких широт. Поэтому именно здесь, на шельфе, чаще всего попадаются участки дна с застывшими песчаными волнами и обширные поля подводных дюн. Так, они встречаются на атлантическом шельфе США, в Аргентине перед эстуарием Байя-Бланка (провинция Буэнос-Айрес). Гребни подводных дюн, поднимающиеся над окружающим ложем на высоту до 0,6 м, вытянуты в форме дуг поперек эстуария Байя-Бланка. Склоны песчаных волн, обращенные к суше, довольно пологие (около 4°), тогда как со стороны океана они заметно круче (11–16°, иногда даже до 30°). В данном случае форма и размеры подводных дюн определяются скоростью отливных течений. Там, где они стремительнее, подводный вал достигает большей высоты. За год, согласно проведенным измерениям, песчаная «волна» мигрирует примерно на 30 м.

На открытом шельфе промежутки между отдельными песчаными грядами значительно шире, чем в эстуариях, и нередко превышают 2 км. Более тонкий песок аккумулируется здесь на стороне гряды, обращенной к океану.

На участках, где у самого дна действуют слабые, но устойчивые течения, часто наблюдаются эрозионные борозды. Если на пути течения встречается небольшое препятствие, например камень, за ним возникает борозда, напоминающая след метеорита в ночном небе. Это так называемые sole marks — одиночные знаки течений, встречающиеся на дне Северного и Балтийского морей. В зоне действия более сильных течений наблюдаются разнообразные знаки ряби. По мере увеличения скорости движения воды мелкая рябь превращается в мегарябь (крупная рябь с высотой гребней до 60 см и расстоянием между ними от 12 до 15 м), а эта последняя переходит, в свою очередь, в песчаные валы и дюны. Известны также знаки специфической формы, например «хвосты комет» и др.

Совершенно особые образования могут возникать в прибрежной зоне тропических стран. Это так называемые иловые холмы, описанные впервые у побережья Суринама, а затем и у Малабарского берега Индостана в Аравийском море. Их высота обычно превышает 5 м при размерах (50–60)x(10–20) км. Они ориентированы по косой относительно береговой линии, но в то же время вытянуты в своего рода цепочку. Иловые холмы сложены тонкими, в основном глинистыми илами полужидкой консистенции, легко взмучиваемыми при любых движениях в водной среде. Эти подводные отмели играют роль барьеров, принимающих на себя удары океанских волн, под воздействием которых они начинают течь в сторону побережья, где граничат с приливными площадками и мангровыми зарослями. В результате взмучивания концентрация глинистой взвеси в морской воде над иловой банкой может достигать нескольких граммов на литр. Особенно велика она во время прилива и отлива. Подсчитано, что за год вдоль побережья Суринама вместе с иловыми банками перемещается от 15–10⁶ до 65–10⁶ м³ осадков. Можно сказать, что иловые холмы занимают в прибрежной части шельфа тропических стран примерно то же место, что и песчаные подводные «волны» и дюны на шельфах в умеренной зоне. При этом они играют ту же роль, гася частично энергию волн и приливно-отливных течений и защищая таким образом побережье от абразии.

Бездонные водовороты и мутьевые облака

Анализ снимков поверхности океана, сделанных со спутников, позволил обнаружить явления, о которых до той поры ученые имели весьма отдаленное представление. Одним из них оказались гигантские водовороты — ринги, наблюдаемые в определенные сезоны. Так, ринги диаметром в несколько километров наблюдались близ южной оконечности Африки, в полосе действия течения Агульяс. Аналогичные образования наблюдались в Северной Атлантике в зоне действия Гольфстрима. Ринги образуются при завихрениях крупных струй поверхностных океанских течений в сезоны, когда происходит заметное ослабление их скорости.

Приборы, установленные на дне глубоководной впадины Сом в районе частого зарождения рингов, зафиксировали значительное и периодическое ускорение движения воды в придонном слое, которое было охарактеризовано как глубоководный шторм. Последние, в частности, наблюдались в осенне-зимний сезон 1985/86 г., когда возросшая гидродинамическая активность у дна продолжалась от 2 до 8 сут. Затем наступала фаза относительного покоя, в течение которого скорость движения воды снижалась до 1–5 ^см/_с. Когда же вновь разыгрывался глубоководный шторм, она возрастала до 10–22 ^см/_с. Было высказано предположение, что зафиксированные у дна аномалии, названные штормами, связаны с образованием на поверхности океана гигантских рингов. «Корни» этих водоворотов захватывают всю толщу воды и ощущаются у самого дна, на глубинах до 5 км и более. Впрочем, описываемые явления еще не получили однозначного толкования, а количество наблюдавшихся подводных штормов пока невелико. Ажиотация воды в придонном слое во время «шторма» приводит к взмучиванию части рыхлого осадка, выстилающего дно. Замеры показали, что концентрация взвеси в двухметровом слое воды над ложем нередко превышала 5000 ^мг/_л. Максимальное содержание взвеси в воде фиксировалось в течение нескольких часов, а общее количество взмученных частиц в расчете на 1 см² дна достигало 25 тыс. ^мг/_л [Gross et al., 1988].

Выяснилось, что во многих районах океана у дна почти постоянно существует так называемый нефелоидный слой, т. е, слой воды, обогащенный осадочными частицами. Их концентрации здесь на 1–2 порядка выше, чем в остальной водной толще, исключая поверхностный фотический горизонт, в котором сосредоточена большая часть живых существ, главным образом фотосинтезирующих планктонных организмов. Чтобы установить распределение взвешенных частиц, с разных горизонтов (интервалов глубин) отбирают батометрами пробы воды, а затем в лаборатории на борту судна с помощью нефелометра, определяющего степень рассеивания света в среде, оценивают количественное содержание в ней взвеси. Последнюю можно выделить, пропуская воду через фильтры. Это дает возможность исследовать минеральный и химический состав взвешенного материала.

Долговременные наблюдения в океане с использованием специальных седиментационных ловушек, закрепленных на тросе (заякоренном на дне и поддерживаемом в воде с помощью буя), подтвердили существование двух основных нефелоидных слоев — поверхностного и придонного. Облака взвеси в них, однако, распространены отнюдь не равномерно. Как выяснилось, наиболее высокие концентрации взвешенных частиц фиксируются в западных районах Атлантического и Индийского океанов в полосе действия поверхностных пограничных течений — Гольфстрима, Гвианского, Агульянс и Сомалийского. В восточной периферии океанов, находящейся под воздействием пассатов и примыкающей к территориям с засушливым, а то и с сухим, аридным климатом, поверхностный и особенно придонный нефелоидные слои выражены значительно слабее. Облака взвеси, в основном органического генезиса, наблюдаются здесь в полосе устойчивого подъема глубинных вод, или апвеллинга, где происходит бурное цветение фитопланктона. Такие участки в виде отдельных пятен или полос располагаются над шельфом (во внешней его части) и над прилегающими участками континентального склона. Эти «пятна» смещаются во времени, меняют форму, а нередко и рассасываются в периоды ослабления подтока глубинных вод. Однако, когда последний снова возобновляется, концентрации планктона, а вместе с тем и взвеси в воде возрастают на несколько порядков по сравнению с соседними районами океана.