Каплин П.А., Клиге Р.К., Чепалыга А.Л. (ред.) Колебания уровня морей и океанов за 15 000 лет - файл n1.doc

приобрести
Каплин П.А., Клиге Р.К., Чепалыга А.Л. (ред.) Колебания уровня морей и океанов за 15 000 лет
скачать (1533 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1533kb.01.06.2012 12:18скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16
часть побережья Южной Америки, южное и восточное побережья Азии и побережье Австралии. Построенные графики (см. рис. 6, б, линии 7, 2, 3, 4, 5) демонстрируют более высокий, чем современный, уровень моря в этой области. Судя по кривым изменения уровня моря на различных побережьях, уровень превысил современный в различное время. Мы объясняем это деформацией геоида, которая и обусловила более древний возраст береговых линий, располагающихся на наибольшем удалении от дегляциальных областей. Более высокий, чем современный, уровень моря был обусловлен совместным действием гидроизостатических перемеще­ний литосферы и деформациями геоида.

На континентах отмечается четвертый тип побережий, переходный меж­ду вторым и третьим. Он выделен нами для области, включающей южное побережье Северной Америки, Центральную Америку и район Карибского моря. Кривая, показывающая изменение уровня моря, свидетельствует о том, что современный уровень был достигнут 4—5 • 103 лет назад и с тех

72

пор осциллировал около нуля глубин, поднимаясь над ним не более чем на 1 м (см. рис. 6, б, кривая 6) .

Кривая изменения уровня моря, построенная для островных дуг (см. рис. 6, в, кривая 7) , отражает лишь общее тектоническое воздымание этих структур, не давая возможности отделить их от собственных колебаний уровня моря.

В открытом океане на значительном удалении от континентальных мас­сивов по характеру изменения уровня моря на побережьях океанических островов и атоллов нами выделено три типа побережий. К первому отнй-сятся побережья островов, лежащих к северу от параллели 10—20° с.ш. Данные здесь ограничены сведениями по Бермудским островам в Атлан­тике и Гавайским в Тихом океане. Кривые изменения уровня моря позво­ляют говорить о том, что в этих областях уровень моря (см. рис. 6, г) по­степенно поднимался до современного. Обращает на себя внимание близ­кое совпадение кривых.

Южнее, в Тихом океане, располагаются атоллы и океанические острова, где береговые линии находятся несколько выше современного уровня моря или на том же уровне и имеют возраст не древнее 3—4 • 10 лет. Изменение уровня в этой области демонстрируется кривой 2 на рис. 6, в. Острова с этим типом побережий располагаются в приэкваториальной области, примерно между 10° с.ш. и 10° ю.ш.

Далее к югу находятся атоллы и океанические острова с поднятыми на высоту 1—3 м береговыми линиями, имеющими возраст около 5 • 103 лет. Кривая 3 на рис. 6,е отражает изменения уровня в этой области.

Выделенные нами на основе анализа фактического материала области Мирового океана, различающиеся по характеру изменения уровня моря (рис. 7) , в общих чертах неплохо совпадают с районированием Мирового океана, проведенным по теоретическим построениям Дж. Кларка, У. Фар-релла и У. Пельтье [Clark, Farrell, Peltier, 1978] . Основываясь на изложен­ных представлениях о влиянии возмущений потенциала силы тяжести на уровень океана и эффекте гидроизостатического опускания дна океана, эти ученые предложили теоретическую модель изменения уровня моря на невращающейся сферически-симметричной вязко-упругой модели Земли с реальными очертаниями ледниковых покровов. Модель, предложенная ими, в общем виде имеет следующий вид [Clark et al., 1978] :

S(t,r) = If Gt: (r-r') pwS(t,r')dW + ffGl'{r-r')p!/(t,r')dn' +

океан лед

+ '$dT // Gv (t-T,r-r')[pwS(T,r') + pll(T,r')]dn'-kl.(t)~-kc(t). 18 000 лет океан назад и лед

где 5 (f, r') — изменение уровня моря во время f и при положении векто­ра г (в сферических координатах) ; С1 — непосредственно упругий от­клик, выраженный функцией Грина; pw — плотность воды; G1 —завися­щая от времени вязкая функция Грина; р/ — плотность льда; / — мощ­ность льда; сШ — элемент площади; k f, — поправка °* средний подъем уровня Мирового океана; kc — поправка, обеспечивающая сохранение масс, а выражение г — г' определяет угловое расстояние между положени­ем векторов лил'.

Решением этого интегрального уравнения служит реальное изменение уровня моря в любой точке Мирового океана за последние 18 000 лет.

73

Рис. 8. Районирование Мирового океана по характеру изменения его уровня по теоре­тической модели [Clark, Farrell, Peltier, 1978]

/, II, III, IV, V — зоны Мирового океана, каждая из которых характеризуется спе­цифической кривой изменения уровня моря. Заштрихованы континентальные побе­режья, где согласно теоретической модели уровень моря превышал современный 5 • 103 лет назад

Результаты вычислений представлены Дж. Кларком и его коллегами в ви­де кривых изменений уровня моря и карт последовательного изменения уровня Мирового океана. При анализе этого материала был сделан вывод о неодинаковом подъеме уровня Мирового океана в различных областях, на оснований чего выделено шесть зон, в пределах которых подъем уров-ня отражается специфической кривой (рис. 8). Рассмотрим эту схему подробнее. К зоне I относятся ледниковые области, которые после де-гляциации были подняты на большую высоту. В этой области древние береговые линии располагаются значительно выше современного уров­ня моря.

Зона II ограничена периферической к прежнему ледниковому покрову областью и отвечает опусканию литосферы на месте вала выпирания. Меж­ду зонами I и II выделяется переходкая область, соответствующая краю ледникового щита. Здесь первоначальное относительное опускание уровня моря через некоторое время сменилось его подъемом за счет миграции зоны II к зоне I. Наиболее древние береговые линии в переходной зоне подняты выше современного уровня моря на несколько десятков метров, тогда как более молодые располагаются на отрицательных гипсометричес­ких отметках.

В зоне III подъем уровня моря через несколько тысяч лет после начала таяния сменяется небольшим его опусканием. Это обусловлено совмест­ным действием гидроизостазии и изменения потенциала силы тяжести.

74

Зона IV характеризуется тем, что в ее пределах относительный уровень моря в голоцене никогда не превышал современный.

В зоне V должны быть широко распространены поднятые береговые линии, причем самые высокие отметки должны соответствовать берего­вым линиям, возраст которых около 5000 лет. В это время талая вода перестала поступать в океанические бассейны, но вследствие возмущения потенциала силы тяжести уровень моря занял поверхность на несколько метров выше своего современного положения. Одновременно происходи­ло гидроизостатическое опускание дна океанов и замедленное изменение потенциала силы тяжести, в результате чего произошло относительное опускание уровня моря, фиксируемое поднятыми пляжами.

Побережья континентов выделяются американскими исследователями в особую, шестую зону. Зона VI включает все континентальные окраины, исключая те, которые попадают в зоны I и II. В зоне VI наблюдаются под­нятые голоценовые береговые линии, обязанные своим происхождением как деформациям геоида, так и в основном гидроизостатическим движе­ниям литосферы.

По результатам анализа фактических данных мы не имели возможнос­ти провести столь четкое разделение акватории Мирового океана, однако есть много общих черт между нашим районированием и тем, которое было проведено Дж. Кларком с коллегами [1978]. Очевидно, появление дополнительного фактического материала поможет -уточнить предложен­ную нами схему.

Подводя итоги сказанному, можно сделать следующие выводы.

Поверхность Мирового океана представляет собой эквипотенциальную поверхность, являющуюся функцией потенциала силы тяжести.

Географическое положение и размеры глобальных ундуляций геоида оставались постоянными на протяжении по крайней мере последних 20 000 лет.

Перераспределение масс воды и льда на поверхности Земли и, как следствие, изостатической компенсации, перераспределение масс вещества в ее недрах приводили к непрерывному изменению геоида на фоне гляцио-эвстатической трансгрессии.

При полной компенсации ледниковых масс уровень океана во время максимума последней регресии под действием возмущающего потенциала изменялся в пределах нескольких метров.

Быстрое таяние ледниковых покровов нарушило изостатическое рав­новесие, восстановление которого на Земле происходит не менее (в зави­симости от размера областей) чем за 10 000 лет. Избыток компенсацион­ных масс под областями прежнего оледенения вызвал на фоне гляциоэв-статической трансгрессии опускание уровня моря около дегляциальных областей и избыточный его подъем на значительном удалении от них.

Широкое распространение поднятых береговых линий голоценового возраста на континентальных побережьях, а также в южном полушарии и приэкваториальном пространстве объясняется изменением уровня моря после прекращения поступления в океаны талых ледниковых вод при совместном действии гидроизостатического прогибания дна океана и воз­мущения потенциала силы тяжести.

75

ЛИТЕРАТУРА

Богданов Ю.А., Каплин П.А., Николаев С.Д. Происхождение и развитие океана. М.:

Мысль, 1978. Винник Л.П., Лукк А.А., Мирзокурбанов М. и др. Источники крупнейших ундуляций

геоида по сейсмическим и гравитационным данным. — Докл. АН СССР, 1978,

т. 228, № 4.

Грушинскии Н.П. Теория фигуры Земли. М.: Наука, 1976. Идельсон Н.И. Теория потенциала и ее приложение к вопросам геофизики. М.; Л.:

ГГТИ, 1932.

Казаринов В.П. На путях раскрытия палеогеографических закономерностей в раз­витии Земли. - Бюл. МОИП. Отд. геол., 1976, т. 1, № 2. Красе М.С. Возможные причины опускания гайотов. — В кн.: Изостазия. М.: Наука,

1973. Леонтьев O.K. Об изменениях уровня Мирового океана в мезозое и кайнозое. —

Океанология, 1970, т. 10, № 2.

Манк У., Макдональд Г. Вращение Земли: Пер. с англ. М.: Мир, 1964. Марков К.К. Основные проблемы геоморфологии. М.: ОГИЗ, 1948. Менард Г.У. Геология дна Тихого океана. М.: Мир, 1966. Найдин Д.П. О колебаниях уровня Мирового океана в мезозое и кайнозое. — В кн.:

Комплексные исследования природы океана. М.: Изд-во МГУ, 1972, вып. 3. Николаев Н.И. Эвстазин, изостазия и вопросы неотектоники. — Вестн. МГУ. Сер.

геол., 1972, № 1.

Стейси Ф. Физика Земли: Пер. с англ. М.: Мир, 1972.

Тараканов Ю.А., Черевко Т.Н. Интерпретация крупнейших гравитационных анома­лий по потенциалу, силе притяжения и отклонению отвеса. — Докл. АН СССР,

1978, т. 240, № 1. Туидейп С. О картировании нетектонических движений в Южной Австралии. — В кн.:

Новейшие движения, вулканизм и землетрясения материков и дна океанов. М.:

Наука, 1969.

Удинцев Г.Б. Геоморфология и тектоника дна Тихого океана. М.: Наука, 1972. Ушаков С.А., Красе М.С. Сила тяжести и вопросы механики недр Земли. М.: Недра,

1972. Яншин А.Л. О так называемых мировых трансгрессиях и регрессиях. Бюл. МОИП.

1973, т. 10, №2. Bloom A.L. Pleistocene shorelines: A new test of isostasy. — Bull. Geol. Soc. Amer., 1967,

vol. 8. Bloom A.L. Glacial-eustatic and isostatic controls of sea level since the last glaciation. —

In: The late Cenozoic Glacial Ages. Yale Univ. Press, 1971. Cathles L.M. The Viscosity of the Earth's Mantle. Prinston Univ. Press, 1975. Chappell J. Late Quaternary glacio-and Hydroisostasy on the Layered Earth. — Quatern.

Res., 1974, vol. 4. Clark J.A., Parrel/ W.E., Peltier W.R. Global changes in Post-glacial Sea level: A Numerical

Calculation. - Quatern. Res., 1978, vol. 9. Cook A.M. Sources of harmonics of flow order in the external gravity field of the Earth. —

Nature, 1963, vol. 198. Crittenden M.D. New data on the isostatic deformation of Lake Bonneville. - US Geol.

Surv. Prof. Pap., 1963, 454-E.

Daly R.A. The changing world of the ice age. Yale Univ. Press, 1934. Fairbridge R.W. Eustatit changes in sea level. — Phys. and Chem. Earth, 1961, vol. 4. Fairbridge R.W., Newman W.S., March S. Marginal subsidence of Glaciated Areas: United

States, Baltic and North Seas. — Quaternaria, 1971, vol. 14. Farrell W.E., Clark J.A. On Post-glacial sea level. — Geophys. J. Roy. Astron. Soc., 1976,

vol.46. Flatte S.M. Effect of changes in the Earth's rotation rate on sea level. — J. Geophys. Res.,

1965, vol. 70.

Flint R.F. Glacial and Quaternary Geology. N.Y., 1971. Hailton E.L. Marihe geology of the Southern Hawaiian Ridge. — Bull. Geol. Soc. Amer.,

1957, vol. 68, N 8.

Hide R., Malin S.R.C. Novel correlations between global features of the Earth's gravita­tional and magnetic fields. — Nature, 1970, vol. 225. Hopley D. World sea level during the past 11 000 years: Evidence from Australia and

New Zealand. — Quaternaria, 1971, vol. 14. Kaula W.M. A tectonic classification of the main features of the Earth's gravitational

field. - J. Geophys. Res., 1969, vol. 74.

March J.G., Vincent S. Global detailed geoid computation and model analysis. — Geo­phys. Surv., 1974, vol. 1. 76

McConnell R.K. Viscosity of the mantle from relaxation time spectra of isostatic adjust­ment. - J. Geophys. Res., 1968, vol. 73.

Morner N.-A. The late. Quaternary history of the Kattegat Sea and the Swedish west coast: Deglaciation, shorelevel, displacement, chronology, isostasy and eustasy. — Sver. geol. unders. C, 1969, N 640.

Morner N.-A. Eustasy and geoid changes. — J. Geol., 1976, vol. 84, N 2.

Morner N.-A. Eustatic changes and geoidal eustasy. — In: Earth geology and late Cenozoic isostatic movements, abstracts. Stockholm, 1977.

Peltier W.R., Andrews J.T. Glacialisostatic adjustment I: The forward problem. — Geo­phys. J. Roy. Astron. Soc., 1976, vol.46.

Pratt R.M., Dill R.F. Deep eustatic terrace levels: Further speculations. — Geology, 1974, vol.2, N3.

Runcorn S.K. Flow in the mantle inferred from the low-degree Harmonics of the geo-potential. — Geophys. J. Roy. Astron. Soc., 1967, vol. 14.

Schofield J.C. Post-glacial sea level maxima a function of salinity? — J. Geosci., 1967, N 10.

Schwartz M.L. Seamounts as sea level indicators. — Bull. Geol. Soc. Amer., 1972, vol. 83.

Suess E. Der Antlitz der Erde. 1888.

Tarakanov Ju.A., Vinnik L.P., Chujikova N.A. On the possible thermal nature of the largest undulations of the geoid. — Tectonophysics, 1977, vol. 42.

Walcott R.J. Past sea levels, eustasy and deformation of the earth. — Quatern. Res., 1972, vol. 2.

Walcott R.J. Structure of the earth from glacio-isostatic rebound. — Annu. Revs Earth Planet. Sci., 1973, vol. 1.

Walcott R.J. Recent and late Quaternary changes in water level. — EOS Trans. Amer. Geo­phys. Union, 1975, vol. 56, N 2.

Woodward R.S. On the form and position of mean sea level. — US Geol. Surv. Bull., 1888, vol. 48.

УДК 551.64:551.24

К.Ф. ТЯПКИН
ИЗМЕНЕНИЕ РОТАЦИОННОГО РЕЖИМА ЗЕМЛИ

КАК ПРИЧИНА КОЛЕБАНИЯ УРОВНЯ МОРЕЙ И ОКЕАНОВ

Данные об изменении ротационного режима Земли. Ротационный режим Земли характеризуется несколькими параметрами, в частности угловой скоростью (w) и положением оси ее вращения относительно поверхности. Достаточно хорошо известно общее изменение ротационного режима Земли во времени, в результате которого происходит систематическое замедление вращения нашей планеты [Brouwer, 1954], характеризующе­еся относительным увеличением .продолжительности суток (рис.1,а). Это замедление нарушается периодическими и нерегулярными колеба­ниями угловой скорости, представления о которых можно получить из графиков, приведенных на рис. 1, б, в.

Проблема изучения траектории перемещения оси (полюсов) вращения Земли относительно ее поверхности более сложна. Главная трудность заключается в том, что положения географических полюсов по данным астрономических наблюдений сравнительно точно известны только с 1890 г. В качестве одного из источников сведений о перемещении полю­сов в ранние геологические эпохи могут служить палеомагнитные дан­ные [Палеомагнитные направления], а в последние 104 лет — археологи­ческие данные [Бурлацкая, Начесова, 1977] . Совокупность указанных данных позволяет получить представление о траекториях движения полю­сов как о сложных кривых, состоящих из монотонно меняющейся посту­пательной слагаемой с наложенными на нее циклическими составляющими с периодами разных порядков, начиная от одного земного года и кон-

77

а,

Т-10елет

Сутки Ч20

400 ЗвО

360

_L

-500

-чоо

-300

-zoo

-100

I960

/ff7ff

-100

/fffff -Z00\-

-зоо\-

Рис. 1. Данные об изменении скорости вращения Земли

a — графики изменения числа дней в году в фанерозое, по данным А, Стойко (1970); 7 — по изучению количества суток в году; 2 — по изучению синодических месяцев; б — график изменения длины суток, по данным Д.А. Броувера [1954]; е — график медленного изменения угловой скорости вращения Земли (3) На фоне линейного векового хода (4), по данным А.А. Корсуня и Н.С. Сидоренкова [1974]

чая галактическим. На рис. 2,а приведен вид траектории движения север­ного географического полюса за несколько лет, полученной Т(р*ииыми наблюдениями [Движение полюсов, 1972]. На рис. 2,6 показал кривая перемещения положения годовых центров полюсов за 76 лет> полученных путем скользящего осреднения по шестилетним интервалам. В настоящее время проводится обобщение и анализ археологических данных, в резуль­тате которых ожидается получение определения траектории магнитных полюсов Земли. И хотя при этом неизбежно возникает проблема взаимо­связи траекторий магнитных и географических полюсов, эти данные — пока единственный возможный источник сведений об изменении рота­ционного режима Земли за последние 10 тыс. лет.

Ротационная гипотеза структурообразования. В настоящее время мож­но считать установленным, что Земля и все планеты Солнечной системы

78

Рис. 2. Астрономические данные о перемещении полюсов

а — траектория северного географического полюса с января 1962 г. по январь 1967 г.; б — вековые изменения северного географического полюса с 1890 по 1966 г., по материалам Е.П. Федорова и др. [1972]

Рис. 3. Схема возникновения напряжений в литосфере

а — при изменении скорости вращения Земли; б — при изменении положения оси вращения Земли. Фигуры Земли: 7 — исходная, 2 — преобразованная

находятся в состоянии изостазии. Под изостазией понимается такое со­стояние, при котором не только внешняя уровенная поверхность Земли — геоид, но и любые уровенные поверхности Земли (включая ее водную и воздушную оболочки) находятся в гидростатическом равновесии, соответствующем реальной скорости ее вращения вокруг неподвижной оси. Фигура нашей планеты (геоид) определяется общей массой и законом ее распределения, положением оси вращения и угловой скоростью.

При изменении скорости вращения Земли или перемене положения оси вращения фигура Земли должна меняться, приспосабливаясь к новым условиям ротационного режима. Схема распределения возникаю­щих при этом напряжений показана на рис. 3,а, б. Наиболее изучен вопрос влияния изменения скорости вращения Земли на деформацию земной поверхности [Цареградский, 1963; Ставас. 1975; и др.]. Нам представля­ется, что более существенный (но не единственный!) вклад в деформацию земной коры вносит изменение положения оси вращения Земли по отно­шению к ее поверхности [Хизанашвили, 1960; Тяпкин, 1974].

Весьма важное значение имеет возможная форма разрядки напряже­ний, возникающих в литосфере Земли. Она выражается в разломах земной коры, образовании блоков и определенном изменении их пространствен­ного положения. Рассмотрим этот вопрос подробнее. Представление о возможных формах деформации земной коры за счет поступательного перемещения оси вращения Земли можно получить из модели, изображен­ной на рис. 3,6.

К сожалению, мы пока не располагаем данными аналитических расче­тов этих напряжений. Качественную картину их распределения, например в верхней части зоны растяжения, можно получить, приняв в первом приближении для малых значений а величины этих напряжений пропор­циональными деформациям. В этом случае из рис. 3,6 следует, что с удалением от оси вращения (точки О) напряжения возрастают.

Увеличение напряжений будет происходить до тех пор, пока они не достигнут предела упругости в верхней оболочке (точка К). При последую­щем увеличении угла а должна произойти их разрядка. Она заключается в возникновении глубинного разлома и таком перемещении по нему блоков земной коры, при котором вновь достигается грубое изостати-ческое состояние Земли. При этом внешние контуры отдельных блоков будут располагаться вблизи поверхности равновесия (на рис. 3, б — сплош­ная тонкая линия). В результате возникают условия формирования струк­тур типа геосинклиналей на границе двух блоков земной коры (см. рис. 3,6), схема которых была предложена ранее Дж. Муди и М. Хиллом [1960], исходя из анализа фактических геологических данных.

Разрядка напряжений происходит при определенных критических зна­чениях угла а. В момент разрядки напряжения в точке К снимаются, а в остальных частях земной коры рассматриваемого квадранта частично сохраняются и при последующем увеличении угла а последовательно Через некоторые дискретные интервалы дуги вновь достигают пределов упругости. Возникает серия разломов земной коры, ориентированных в направлении, перпендикулярном направлению поступательного перемеще­ния полюсов по поверхности Земли. Область возникновения этой серии разломов — центральная часть дуги рассматриваемого квадранта. Заметим попутно, что в нижней части дуги направление относительных вертикаль­ных перемещений блоков должно быть противоположным описанному в верхней части. Подобный анализ разрядки напряжений в направлении, перпендикулярном главному сечению, приводит к выводу о возникнове-80

хч

/ ч

\

/'





4

4-

4 -»-

4,





\







4

"it

-»-

f -

h





\





- 4



-+-



frr





\





- 4

-+;

4



j -



f -t

\





_ 4

- 4

-»-



4 -





+ \

^4

-~

-е+

-^4

-_-











- +

- +

- +

- 4

-*-

t* -

*- -

^ _

TV

+•

-"Ч

— 4







V-



•*- -



+

~*"+





-'J1

-i-

t'-

V-

i1-

4-



*



-!*

-V

-f-

V-

V-

*'.

+


1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации