федеральное агентство по образованию

государственно образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Северо-Кавказский Государственный Технический Университет»

Кафедра геологии нефти и газа

Реферат по дисциплине геотектоника

Происхождение океанов

Выполнила студентка 2 курса

группы ГНГ-061

специальность 080500

геология нефти и газа

Кузнецова Александра Анатольевна

Ставрополь - 2008

Введение

1. Первые гипотезы о происхождении океана

3. Гипотиза мобилизма Вегенера

4. Гипотеза Вайна–Мэтьюза

5. Подтверждение гипотезы спрединга

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Известно, что почти три четверти земной поверхности покрыты водами океана. Но как произошли океаны? Образовались ли они быстро или формировались постепенно? В какое время они возникли? Откуда поступала вода во время формирования океанов? Эти и другие вопросы волновали умы ученых на протяжении многих лет. Они искали ответы, создавали гипотезы. Как раз этим вопросом и существующем гипотезам и повещен данный реферат.

1. Первые гипотезы о происхождении океанов

Вопрос о происхождении океанов и материков встал перед человечеством еще в эпоху античной цивилизации. Наиболее естественным казалось представление, что современные океаны являются реликтами первичного океана, покрывавшего всю поверхность Земли. Это представление удерживалось до последней четверти XIX в. и даже позже, вплоть до наших дней оно сохранило своих приверженцев. Но при этом менялись взгляды на происхождение воды Мирового океана и на причины образования материков. С появлением первой научной космогонии Канта - Лапласа образование Мирового океана стали связывать с конденсацией паров воды, первоначально окутывавших нашу планету. Лишь в середине XX в. это представление сменилось другим - вода Мирового океана накапливалась постепенно за счет дегазации мантии Земли в процессе вулканической деятельности (Г. Юри, А.П. Виноградов). Что касается осушения континентов, то в течение долгого времени думали, что оно произошло в результате ухода воды в подземные пустоты. Лишь М.В. Ломоносов и Дж. Хаттон пришли к выводу об активных поднятиях суши, вызванных «подземным жаром» (М.В. Ломоносов) и, точнее, подъемом расплавленной магмы (Дж. Хаттон и его последователи - «плутонисты»). Позднее, уже в середине XX в., были разработаны представления об образовании континентальной коры из океанской и о последовательном разрастании материков за счет океанов. Так или иначе, в рамках всех этих представлений океаны считались первичными, т. е. более древними, а материки - вторичными и, значит, более молодыми.

2. Идеи Зюсса, Маршалла, Белоусова

Серьезный удар по этим представлениям был впервые нанесен в конце XIX - начале XX в. австрийским геологом Э. Зюссом. Работая над своим знаменитым сочинением «Лик Земли» - первым обзором геологического строения всей нашей планеты, Э. Зюсс обратил внимание на поразительное сходство геологического строения и, в частности, последовательности верхнепалеозойских - нижнемезозойских отложений и содержащейся в них фауны и флоры Африки, Мадагаскара и Индостана, ныне разделенных Индийским океаном; в дальнейшем к таким участкам суши были отнесены Южная Америка и Австралия, а затем и Антарктида. Э. Зюсс пришел к выводу, что все они составляли вплоть до середины мезозоя единый, как теперь говорят, суперконтинент, названный им Гондваной (от древнего княжества гондов в Центральном Индостане). Это означало, что океаны, разделившие Гондвану на отдельные материки, образовались лишь сравнительно недавно. Э. Зюсс считал, что это произошло вследствие обрушения и погружения слагавшей их коры. При этом он не знал, что кора океанов резко отличается от коры материков.

Несколько позднее, во втором десятилетии XX в., на последнее, очень важное обстоятельство обратил внимание немецкий геофизик А. Вегенер; до него к аналогичному выводу пришел русский ученый-революционер И.Д. Лукашевич. Они основывались на том, что по закону изостазии ложе океана должно быть сложено более плотными, тяжелыми породами - базальтами, в то время как материки подстилаются в основном гранитами. Одновременно с этим американский петрограф Дж. Маршалл наметил по периферии Тихого океана «андезитовую линию», за которой андезиты и более кислые породы сменяются базальтами, слагающими острова в центральной части Тихого океана. Но если кора океанов принципиально отлична от коры материков, то каким образом произошло превращение континентальной коры в океанскую при ее погружении и чем вызвано само это погружение?

Для объяснения превращения континентальной коры в океанскую А.Д. Архангельский, а затем В.В. Белоусов выдвинули идею об «океанизации» или «базификации» континентальной коры. По мнению В.В. Белоусова, подъем из астеносферы огромных масс базальтового расплава вызывает его внедрение в континентальную кору, ее распад на отдельные глыбы и, в конечном счете, их «растворение» в базальте. Начальную стадию подобного процесса можно усматривать в образовании «переходной» коры, подстилающей континентальные склоны и подножия в полосе не более 100-120 км. Но применению этой гипотезы для объяснения образования всех океанов противоречит петрографический и химический состав магматических (и метаморфических) пород ложа океана, ныне хорошо изученный - он не несет следов ассимиляции сиалических пород континентальной коры.

3. Гипотеза мобилизма Вегенера

Принципиально иная гипотеза была предложена ранее А. Вегенером. Она предполагала горизонтальное перемещение материков на тысячи километров. Предположения о подвижности материков начали высказываться еще в XIX в., но научно разработанная гипотеза, получившая название мобилизм, впервые была сформулирована в 1912г. Вегенером. На основе этой смелой теории сравнительно недавно была предложена так называемая "глобальная тектоника плит", ставшая популярной, но не обладающая, к сожалению, достоинствами концепции Вегенера. Вегенеровская теория движения материков переживала периоды признания и опровержения. Отталкиваясь от зюссовского представления о Гондване, Вегенер предположил, что Гондвана занимала лишь площадь, равную суммарной площади материков, ранее ее составлявших, вместе с их подводными окраинами. На эту мысль его навело сходство очертаний материков ныне разделенных Атлантическим океаном (Южная Америка и Африка). Распад Гондваны, вернее Пангеи, которая включала и северные материки, сопровождался раздвигом этих материков, обнажившим, по А. Вегенеру, базальтовый слой коры, составивший их ложе. Причиной распада Гондваны являлись, по его мнению, силы вращения Земли. Между тем немецкий исследователь О. Хильгенберг в 1933 г. высказал предположение о том, что первоначально, вплоть до мезозоя, Земля имела меньшие размеры и вся была покрыта континентальной корой, а затем испытала расширение, следствием чего и были раздвиг материков и образование океанов. Ни гипотеза перемещения материков Вегенера, ни гипотеза расширяющейся Земли Хильгенберга, несмотря на первоначальный успех, не завоевали всеобщего признания, и в 40-50-е годы нашего века среди европейских геологов преобладали идеи Зюсса - Архангельского - Белоусова, а среди американских - постоянства океанов. Последнее объясняется тем, что на материк Северной Америки трансгрессии в фанерозое неизменно распространялись со стороны Атлантического и Тихого океанов.

4. Гипотеза Вайна–Мэтьюза

Положение изменилось в конце 50-х годов, с открытия палеомагнетизма и срединных хребтов и осложняющих их рифтов в океанах. Данные палеомагнетизма подтвердили идею А. Вегенера о Пангее и ее распаде, а рифтовые зоны срединных хребтов стало логичным рассматривать как оси раздвига, от которых шло разрастание или спрединг, как его стали называть, ложа океанов. Гипотеза спрединга была предложена в 1961 - 1962 гг. американскими учеными - геологом Г. Г. Хессом и геофизиком Р. С. Дитцем, но предвосхищена в 1928 г. английским геологом А. Холмсом. Вскоре, уже в 1963 г., она получила свое первое серьезное подтверждение. Англичане Ф. Вайн и Дж. Мэтьюз на ее основе, а также открытого в 50-е же годы явления периодической инверсии магнитного поля в течение последних 4 млн. лет предложили оригинальное объяснение происхождения осей симметричных линейных магнитных аномалий океанов.

Основная идея гипотезы Вайна-Мэтьюза состоит в следующем (рис. 1). В процессе раздвига в рифтовой зоне срединного хребта образуется зияние, заполняемое поднявшимся из астеносферы базальтовым расплавом. Этот расплав затем застывает в магнитном поле соответствующей эпохи. Раздвиг продолжается, и данная пластина базальта оказывается разорванной надвое. Возникшее зияние снова заполняется базальтом, который, если за это время произошла инверсия магнитного поля, намагничивается теперь в обратном направлении. Затем и эта пластина базальта испытывает разрыв и раздвиг и процесс многократно повторяется, создавая целую серию линейных магнитных аномалий по обе стороны оси срединного хребта. Они ложатся как метки на конвейер удаляющейся от этой оси океанской коры.

Рис. 1. Схема, поясняющая образование знакопеременных линейных магнитных аномалий океана по гипотезе Вайна-Мэтьюза

А-В - последовательные стадии раскрытия рифта и формирования океанской коры; 1- континентальная кора; 2- кора, образованная в эпоху нормального магнитного поля; 3 - то же, в эпоху обращенного магнитного поля; 4 - кривая магнитных аномалий; 5 - ось спрединга.

Зная возраст первых аномалий и расстояние от этих аномалий до оси хребта (Среднеатлантического), можно было определить среднюю скорость раздвига Атлантики, оказавшуюся порядка 1 см/год. Экстраполируя же эту скорость на все 32 аномалии, первоначально установленные в Атлантике, и далее на пространство относительно спокойного магнитного поля, отделяющего крайнюю из аномалий от подводного подножия континента, оказалось возможным, во-первых, предположительно датировать каждую из аномалий и тем самым полосу океанской коры, в пределах которой она отмечена и, во-вторых, определить время начала раздвига (спрединга), создавшего центральную часть Атлантического океана. Возраст аномалии 32 был установлен как раннесенонский, а время начала спрединга в этой части Атлантики как раннеюрское; последнее совпало с предсказанием А. Вегенера, основанным на определении времени появления существенных различий в наземных фаунах и флорах по обе стороны Атлантики. В дальнейшем область спокойного магнитного поля сократилась за счет обнаружения сначала в Тихом, затем в других океанах серии аномалий, отнесенных к неокому и поздней юре, до келловея включительно. Возрастная шкала магнитных аномалий, или магнитостра-тиграфическая шкала, недавно прошла проверку на континентальной земной коре на хорошо фаунистически охарактеризованных отложениях Северных Апеннин в Италии. Сходимость оказалась почти стопроцентной для кайнозоя, а в мезозойскую шкалу пришлось внести лишь небольшие поправки.

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.

Как появляются моря?

Не все моря на Земле образовались одновременно с океанами. Какие-то из них постарше, какие-то - помоложе. Например, близкое нам Балтийское море - одно из самых молодых. Оно вдается далеко на восток, проникая в материк тремя большими заливами - Ботническим, Финским и Рижским. Площадь его 419 тысяч квадратных километров, а наибольшая глубина - 470 метров. Но все равно, несмотря на солидность последней цифры, Балтийское море считается одним из самых мелких. Средняя глубина его, не считая двух котловин, меньше 50 метров. А уж отмелей хоть отбавляй! У входа в Ботнический залив лежит Аландский архипелаг, который составляют более 6,5 тысячи гранитных островков , покрытых лесом и лугами. И акваторию вокруг архипелага иногда называют Аландским морем. На севере Балтика связана с Северным морем узкими и мелководными проливами: Эресунн, Большой и Малый Бельт, Каттегат и Скагеррак.

Геологическая история Балтийского моря началась , скорее всего, не раньше чем за десять - двенадцать тысяч лет до нашей эры, во время последнего материкового оледенения Европы. Тогда землю Восточной Европы покрывал толстый слой льда до самого Валдая. Представляете: языки гигантского ледника доходили до границы между нынешними Санкт — Петербургом и Москвой! При этом толщина ледяной лепешки достигала трех тысяч метров. А по площади она лишь немного уступала современной Антарктиде . Из Мирового океана вымерзло тогда столько воды, что его уровень сильно понизился.

Но шло время, и климат постепенно становился мягче. Громадный ледник начал таять. Медленно-медленно отступил он сперва в район Финского залива, а потом - к подножию Скандинавского нагорья. Вот тогда-то на месте нынешней Балтики в низине и образовалось большое ледниковое озеро.

Читайте так же интересный пост:

Все теплее становилось на Земле. Дальше отступали льды. Выше и выше поднимался . А наше ледниковое озеро испарялось. Оно теряло и теряло воду и, наверное, высохло бы совсем, если бы не прорвались через открывшиеся на западе проливы воды Атлантики. Случилось это примерно за восемь тысяч лет до нашей эры. С геологической точки зрения совсем недавно. Стало озеро морем!

А вода в нем и по сей день только чуть-чуть солоноватая. Кто в этом повинен - древние льды, а может быть, и современные реки? Ведь в Балтику впадают такие могучие речные потоки, как Нева, Нарва, Западная Двина, Неман, Висла, Одер …

Наша планета - не мертвое небесное тело. Она живет и развивается по своим геологическим законам. Движется, морщится земная кора. В одном месте вспучивается складками - получаются горы. В другом опускается, рвется, проваливается - образуются низины, разломы, сбросы.

Кто бывал на берегах Балтийского моря , тот видел, что сложены они во многих местах из прочного и крепкого гранита. Что может быть надежнее? Между тем суша здесь не раз поднималась и опускалась. То соленые океанские волны прорывались в пресное ледниковое озеро, смешивались со «сладкой» водой, соединяли его с океаном, то снова на пути океанской воды барьером вставала перемычка полуострова Ютландия и Балтийское море превращалось в озеро .

Такие наступления моря на сушу ученые называют трансгрессиями. А отступления моря и подъемы суши - регрессиями.

Сегодня, например, северные берега Ботнического и Финского заливов потихоньку поднимаются. Немного - на 2, на 3, не более чем на 9 миллиметров в год. Человеку, может быть, за целую жизнь не заметить. Но континенты живут долго…

Южный берег Швеции, берега Дании вместе с городом Копенгагеном, портом Травемюнде в Германии и портом

Свиноуйсьце в Польше постепенно опускаются и погружаются в воду…

Все моря имеют свою историю. В нее входят страницы того, как распоряжалась сама природа этой частью , когда и какие геологические события участвовали в его формировании. Но есть и другая история у морей и океанов - та, которую создавали и создают люди.

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.

Мировой океан - основная часть гидросферы, составляющая 94,2 % всей её площади, непрерывная, но не сплошная водная оболочка Земли, окружающая материки и острова, и отличающаяся общностью солевого состава.

Континенты и большие архипелаги разделяют мировой океан на четыре большие части (океаны):

• Атлантический океан,
• Индийский океан,
• Тихий океан,
• Северный Ледовитый океан.

Иногда из них также выделяется — Южный океан.

Большие регионы океанов известны как моря, заливы, проливы и т. п. Учение о земных океанах называется океанологией.

Происхождение Мирового океана

Происхождение Мирового океана является предметом идущих уже сотни лет споров.

Считается, что в архее океан был горячим. Благодаря высокому парциальному давлению углекислого газа в атмосфере, достигавшему 5 бар, его воды были насыщены угольной кислотой Н2СО3 и характеризовались кислой реакцией (рН ≈ 3−5). В этой воде было растворено большое количество различных металлов, в особенности железа в форме хлорида FeCl2.

Деятельность фотосинтезирующих бактерий привела к появлению в атмосфере кислорода. Он поглощался океаном и расходовался на окисление растворенного в воде железа.

Существует гипотеза, что начиная с силурийского периода палеозоя и вплоть до мезозоя суперконтинент Пангею окружал древний океан Панталасса, который покрывал около половины земного шара.

История исследования

Первыми исследователями океана были мореплаватели. Во время эпохи географических открытий были изучены очертания континентов, океанов и островов. Путешествие Фернана Магеллана (1519-1522) и последующие экспедиции Джеймса Кука (1768-1780) позволили европейцам получить представление об огромных водных пространствах, окружающих материки нашей планеты , и в общих чертах определить очертания континентов. Были созданы первые карты мира. В XVII и XVIII веках очертания береговой линии были детализированы, и карта мира приобрела современный вид. Однако глубины океана были изучены очень слабо. В середине XVII столетия нидерландский географ Бернхардус Варениус предложил употреблять по отношению к водным пространствам Земли термин «Мировой океан».

22 декабря 1872 года из английского порта Портсмута вышел парусно-паровой корвет «Челленджер», специально оборудованный для участия в первой океанографической экспедиции.

Современную концепцию Мирового океана составил в начале 20 века российский и советский географ, океанограф и картограф Юлий Михайлович Шокальский (1856 - 1940). Он впервые ввел в науку понятие «Мировой океан», считая все океаны - Индийский, Атлантический, Северный Ледовитый, Тихий - частями Мирового океана.

Во второй половине XX века началось интенсивное изучение глубин океана. Методом эхолокации были составлены детальные карты глубин океана, были открыты основные формы рельефа океанического дна. Эти данные, объединённые с результатами геофизических и геологических исследований, привели в конце 1960-х годов к созданию теории тектоники плит. Текто́ника плит - современная геологическая теория о движении литосферы. Для изучения строения океанической коры была организована международная программа по бурению океанического дна. Одним из основных результатов программы стало подтверждение теории.

Методы исследования

• Исследования Мирового океана в XX веке активно велись на научно-исследовательских судах. Они совершали регулярные рейсы в определённые районы океанов. Большой вклад в науку внесли исследования на таких отечественных судах, как Витязь, Академик Курчатов, Академик Мстислав Келдыш. Проводились крупные международные научные эксперименты в океане Полигон-70, МОДЕ-I, ПОЛИМОДЕ.
• При исследовании использовались глубоководные обитаемые аппараты, такие как «Пайсис», «Мир», «Триест». На исследовательском батискафе «Триест» в 1960 году было совершено рекордное погружение в Марианскую впадину. Одним из важнейших научных результатов погружения стало обнаружение высокоорганизованной жизни на таких глубинах.
• В конце 1970-х гг. были запущены первые специализированные океанографические спутники (SEASAT - в США, «Космос-1076» - в СССР).
• 12 апреля 2007 года для исследования окраски и температуры океана был запущен китайский спутник «Хайян-1B» («Ocean 1B»).
• В 2006 году спутник НАСА Jason-2 начал участвовать в международном океанографическом проекте Ocean Surface Topography Mission (OSTM) для исследования циркуляции Мирового океана и колебаний уровня Мирового океана.
• К июлю 2009 года в Канаде построен один из самых больших научных комплексов для исследования Мирового океана.

Научные организации

• ААНИИ
• ВНИИ Океангеология
• Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН
• Тихоокеанский океанологический институт им. В. И. Ильичева ДВО РАН.
• Калифорнийский Океанографический институт Скриппса.

Музеи и океанариумы

• Музей Мирового океана
• Океанографический музей Монако
• Океанариум в Москве

В России пока есть только 4 океанариума: Санкт-Петербургский Океанариум, «Аквамир» во Владивостоке, океанариум в Сочи и океанариум в Москве на Дмитровском шоссе (недавно открылся).

Деление Мирового океана

Основные морфологические характеристики океанов

	Площадь поверхности воды, млн.км²	Объём, млн.км³	Средняя глубина, м	Наибольшая глубина океана, м
Атлантический				жёлоб Пуэрто-Рико (8742)
Индийский				Зондский жёлоб (7209)
Северный Ледовитый				Гренландское море (5527)
Тихий				Марианская впадина (11022)
Мировой

На сегодняшний день существует несколько взглядов на деление Мирового океана, учитывающих гидрофизические и и климатические особенности, характеристики воды, биологические факторы и т. д. Уже в XVIII-XIX веках существовало несколько таких версий. Мальте-Брён, Конрад Мальте-Брён и Флерье, Шарль де Флерье выделили два океана. Деление на три части предложили, в частности, Филипп Буаше и Генрих Стенффенс. Итальянский географ Адриано Бальби (1782-1848) выделил в Мировом океане четыре региона: Атлантический океан, Северное и Южное Ледовитые моря и Великий океан, частью которого стал современный Индийский (такое деление было следствием невозможности определения точной границы между Индийским и Тихим океанами и сходством зоогеографических условий этих регионов). Сегодня нередко говорят об Индо-Тихоокеанском регионе - расположенной в тропической сфере зоогеографической зоне, в состав которой входят тропические части Индийского и Тихого океанов, а также Красное море. Граница региона проходит вдоль берегов Африки до Игольного мыса, позже - от Жёлтого моря к северным берегам Новой Зеландии, и от Южной Калифорнии к тропику Козерога.

Международное гидрогеографическое бюро в 1953 году разработало новое деление Мирового океана: именно тогда были окончательно выделены Северный Ледовитый, Атлантический, Индийский и Тихий океаны.

География океанов

Общие физико-географические сведения:

• Средняя температура: 5 °C;
• Среднее давление: 20 МПа;
• Средняя плотность: 1,024 г/см³;
• Средняя глубина: 3730 м;
• Общая масса: 1,4·1021 кг;
• Общий объём: 1370 млн км³;
• pH: 8,1±0,2.

Глубочайшей точкой океана является Марианская впадина, находящаяся в Тихом океане вблизи Северных Марианских островов. Её максимальная глубина - 11022 м. Она была исследована в 1951 году британской подводной лодкой «Челленджер II», в честь которой самая глубокая часть впадины получила название «Бездна Челленджера».

Воды Мирового океана

Воды Мирового океана составляют основную часть гидросферы Земли - океаносферу. На воды океана приходится более 96 % (1338 млн куб. км.) воды Земли. Объем пресных вод, поступающих в океан с речным стоком и осадками, не превышает 0,5 миллионов кубических километров, что соответствует слою воды на поверхности океана толщиной около 1,25 м. Это обуславливает постоянство солевого состава вод океана и незначительные изменения их плотности. Единство океана как водной массы обеспечивается её непрерывным движением как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. В океане, как и в атмосфере, нет резких природных границ, все они более или менее постепенны. Здесь осуществляется глобальный механизм трансформации энергии и обмена веществ, который поддерживается неравномерным нагревом солнечной радиацией поверхностных вод и атмосферы.

Рельеф дна

Систематическое изучение дна мирового океана началось с появлением эхолота. Большая часть дна океанов представляет собой ровные поверхности, так называемые абиссальные равнины. Их средняя глубина - 5 км. В центральных частях всех океанов расположены линейные поднятия на 1-2 км - срединно-океанические хребты, которые связаны в единую сеть. Хребты разделены трансформными разломами на сегменты, проявляющиеся в рельефе низкими возвышенностями, перпендикулярными хребтам.

На абиссальных равнинах расположено множество одиночных гор, часть из которых выступает над поверхностью воды в виде островов. Большинство этих гор - потухшие или действующие вулканы. Под тяжестью горы океаническая кора прогибается и гора медленно погружается в воду. На ней образуется коралловый риф, который надстраивает вершину, в результате формируется кольцевидный коралловый остров - атолл.

Если окраина континента пассивная, то между ним и океаном расположен шельф - подводная часть континента, и континентальный склон, плавно переходящий в абиссальную равнину. Перед зонами субдукции, там, где океаническая кора погружается под континенты, расположены глубоководные желоба - самые глубокие части океанов.

Морские течения

Морские течения - перемещения больших масс океанской воды - оказывают серьёзное влияние на климат многих регионов мира.

Климат

Океан играет огромную роль в формировании климата Земли. Под действием солнечной радиации вода испаряется и переносится на континенты, где выпадает в виде различных атмосферных осадков. Океанические течения переносят нагретые или охлаждённые воды в другие широты и в значительной мере ответственны за распределение тепла по планете.

Вода обладает огромной теплоёмкостью, поэтому температура океана меняется гораздо медленнее, чем температура воздуха или суши. Близкие к океану районы имеют меньшие суточные и сезонные колебания температуры.

Если факторы, вызывающие течения, постоянны, то образуется постоянное течение, а если они носят эпизодический характер, то формируется кратковременное, случайное течение. По преобладающему направлению течения делятся на меридиональные, несущие свои воды на север или на юг, и зональные, распространяющиеся широтно. Течения, температура воды в которых выше средней температуры для тех же широт, называют тёплыми, ниже - холодными, а течения, имеющие ту же температуру, что и окружающие его воды, - нейтральными.

На направление течений в Мировом океане оказывает влияние отклоняющая сила, вызванная вращением Земли, - сила Кориолиса. В Северном полушарии она отклоняет течения вправо, а в Южном - влево. Скорость течений в среднем не превышает 10 м/с, а в глубину они распространяются не более чем на 300 м.

Экология, животный и растительный мир

Океан является средой обитания для множества форм жизни; в их числе:

• китообразные, такие как киты и дельфины
• головоногие, такие как осьминоги, кальмары
• ракообразные, такие как лобстеры, креветки, криль
• морские черви
• планктон
• кораллы
• водоросли

Уменьшение концентрации озона в стратосфере над антарктическими водами приводит к меньшему поглощению океаном углекислого газа, что угрожает кальциевым раковинам и экзоскелетам моллюсков, ракообразным и др.

Экономическое значение

Океаны имеют громадное транспортное значение: огромное количество грузов перевозится судами между мировыми морскими портами. По цене перевозки единицы груза, на единицу расстояния, морской транспорт один из самых дешёвых, но далеко не самый быстрый. Для сокращения протяжённости морских путей построены каналы, важнейшие из которых включают Панамский и Суэцкий.

• Чтобы нагреть Мировой океан до температуры кипения, необходима энергия, выделяющаяся при распаде 6,8 миллиардов тонн урана.
• Если взять всю воду океана (1,34 млрд км3) и сделать из неё шар, то получится планета диаметром около 1400 км.
• В Мировом океане содержится примерно 37 септиллионов (37*1024) капель.

(Visited 348 times, 1 visits today)