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
Колебания уровня

морей и океанов за 15 000 лет

ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКА» Москва 1982

УДК 551.417
Колебания уровня морей и океанов за 15.000 лет. - М.: Наука, 1982.

Сборник посвящен одной из актуальнейших тем палеогеографии — колебаниям уровня Мирового океана в поздне- и послеледниковое время. Эта проблема входит в проект Международной программы геологической корреляции, созданной в рам­ках ЮНЕСКО.

В первой части сборника собраны статьи, касающиеся причин и общего характера изменений уровня морей и океанов. Проблемы, которые рассматриваются в этой части сборника, охватывают практически весь круг вопросов, связанных с причи­нами изменения уровня океана за последние 15 000 лет.

Вторая и третья части сборника — региональные. Здесь излагаются новые данные по различным побережьям СССР: внутренним морям Балтийскому и Черному, мо­рям Дальнего Востока и Советской Арктики.

Ответственные редакторы:

П.А. КАПЛИН, Р.К. КЛИГЕ, А.Л. ЧЕПАЛЫГА

Sea and oceanic level fluctuations for 15000 years. M.: Nauka, 1982.

Collected articles are. devoted to one of the most urgent problem of paleogeography - late and postglacial World Ocean level fluctuations. This problem appears to be one of the key projects of the International Geologic Correlation Programme, founded by UNESCO.

The first part of the collected articles is devoted to causes and general character of oceanic and sea level changes. Problems which are discussed in this part of the collected articles comp­rise practically all series of questions, connected with causes of oceanic level change during 15th years.

The second and the third part of the collected articles are regional. New data concerning different Soviet coasts; internal seas — the Baltic and the Black seas, seas of the Far East and the Soviet Arctic seas are presented there.

Editors-in-chief

P.A. KAPLIN, R.K. KLIGE, A.L. CHEPALYGA

1903030100-318

К —-------------------418-82, кн. 2

055 (02) -82

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время исследователи многих стран осуществляют широкое международное сотрудничество в рамках Международной программы геологической корреляции. Эта программа предполагает совместные исследования ученых различных стран в области изучения и пространст­венного сопоставления геологических явлений и процессов для решения наиболее актуальных научных и прикладных вопросов современной геологии и географии. Программа осуществляется ЮНЕСКО и Междуна­родным союзом геологов. Советский Союз принимает активное участие в ее разработке.

Один из ключевых проектов Международной программы — проект "Изменения уровня моря" (проект № 61), посвященный проблемам исследования изменений уровня Мирового океана за последние 15000 лет, развитию шельфов и морских побережий. В разработке проекта участ­вуют ученые 29 стран, руководителем проекта является американский ученый проф. Артур Блум.

Ученые нашей страны включились в работу над проектом с мая 1976 г., когда была образована Советская национальная рабочая группа проекта.

Национальной рабочей группой к исследованиям было привлечено более 50 ученых нашей страны, проведено пять рабочих совещаний.

В 1982 г. исследования по проекту № 61 должны быть завершены. Итоги работы Международной рабочей группы будут подведены во время заседания XI Конгресса INQUA в Москве. Настоящий сборник подготов­лен Советской национальной рабочей группой проекта № 61, он в зна­чительной мере отражает последние достижения нашей страны по рассмат­риваемой проблеме.

В первой части сборника помещены статьи, посвященные изучению общих и теоретических проблем. Здесь можно познакомиться с новыми и оригинальными разработками, анализирующими причины изменений уровня океана, такими, как влияние ундуляции геоида на колебания уровня, зависимость этих колебаний от глобального водообмена, от из­менений скорости вращения Земли. Интересны и оригинальны статьи, посвященные палеогеографическим аспектам проблемы, в частности выясняющие отражение колебаний уровня в строении толщ отложений и рельефа.

Во второй и третьей региональных частях приводятся новые данные по различным побережьям морей СССР. Эти данные основаны на резуль­татах бурения на шельфе, определении возраста древних береговых ли­ний методами абсолютной геохронологии, археологии, биостратиграфии.

Редколлегия

Издательство "Наука", 1982 г.

ПРИЧИНЫ И ОБЩИЙ ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ УРОВНЯ МОРЕЙ И ОКЕАНА

УДК 551.461.24:551.794 П.А. КАПЛИН

ПРОБЛЕМЫ ИЗУЧЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ УРОВНЯ ОКЕАНА В ПОСЛЕЛЕДНИКОВОЕ ВРЕМЯ

Вопросы, связанные с изучением изменений в послеледниковое время уровня океана и морей, привлекают в последние годы внимание иссле­дователей многих стран. Выявлено, что колебания уровня сильно влияют на динамику верхней части шельфа и береговой зоны. Они могут способ­ствовать достаточно быстрым изменениям береговой линии, разрушению или, напротив, нарастанию побережий. Поэтому хозяйственное освое­ние побережий, строительство портов, берегозащитных сооружений, планирование морских курортных зон невозможно без исследования тенденций перемещения уровня океана за последние тысячи и сотни лет, без возможности прогнозирования дальнейших миграций береговой линии.

Послеледниковое время отмечено весьма существенными изменениями в положении уровня океана. Не вызывает сомнения факт, что за послед­ние 17 тыс. лет уровень океана поднялся примерно на 100 м. Эта гляциоэв-статическая трансгрессия была неравномерной, имела стадии ускорения и замедления. Она разделяется на два основных этапа: а) верхнеплей­стоценовый — 17—6 тыс. лет назад — период быстрого подъема уровня со скоростью 9 м в тысячелетие; б) голоценовый - от 6 тыс. лет назад до наших дней — период замедления уровня при скоростях от 4 до 1 м в тысячелетие [Каплин, 197Г]. Благодаря тому что в период трансгрессии береговая зона постоянно мигрировала вверх по шельфу, в толщу его осадков оказались закономерно включены береговые аккумулятивные образования, в пределах которых нередко концентрировались залежи минералов.

Условия концентрации полезных минералов, очевидно, были различны­ми в период подъема уровня с разной скоростью. Успешный поиск за­лежей тяжелых минералов на шельфе и в береговой зоне во многом обусловлен правильным пониманием процессов образования россыпей в различные этапы трансгрессии. Однако сейчас мы представляем лишь общую картину послеледниковой трансгрессии. Многие важные детали еще не исследованы. Особенно много спорных вопросов возникает при оценке поведения уровня океана на втором, голоценовом этапе транс­грессии. Известно, что длительная дискуссия велась в научной литературе по поводу того, превышал ли уровень океана в недавнем прошлом свои современные нулевые отметки, происходили ли на фоне общей эвстати-ческой трансгрессии временные регрессии. Остается невыясненным вопрос о том, продолжается ли эвстатическая трансгрессия в наши дни, или уровень океана стабилизировался. Если трансгрессия продолжается (на­блюдения за футштоками показывают современное повышение уровня 6

океана со скоростью от 0,3 до 1,7 мм/год [Сафьянов, 1978]), то важно выяснить, сколько времени она будет происходить и какой высоты до­стигнет. С другой стороны, если современное повышение уровня океана — лишь этап его длиннопериодных колебаний, то необходимо исследовать амплитуду и период этих колебаний.

Изучение всех вопросов, связанных с поведением уровня океана в не­давнем прошлом, тенденцией его дальнейших изменений, осложняется тем, что на собственно эвстатические (или, точнее сказать, гидрократи-ческие) колебания накладываются тектонические вертикальные движения суши и дна морей и океанов, перемещения блоков земной коры в зави­симости от изостатической нагрузки (гляциоизостазия, гидроизостазия, техногенная изостазия и т.п). За последние годы выдвинуты новые гипо­тезы о причинах изменения уровня океана в послеледниковое время. Так, шведский исследователь Н.А. Мё'рнер [Мбгпег, 1976] высказал предположение, что колебания уровня океана могут быть связаны с изменением формы Земли — геоида, так называемая геоидальная эвста-зия. Дж. Кларк, У. Фаррелл, У. Пелтьер [Clark, Farrell, Peltier, 1978] показали, что перераспределение талых вод по поверхности океана в послеледниковое время было неодинаковым: в одних районах ампли­туда трансгрессии была более 100 м, в других несколько меньше. Раз­ные высоты голоценовых террас в различных районах мира, таким обра­зом, объясняются особенностями перераспределения масс воды и льда на поверхности Земли (подробнее см. статью Д.Д. Бадюкова в наст, сб.).

Необходимость точного изучения этапов послеледниковой трансгрес­сии, широкой проверки приведенных гипотез и разработки новых, а самое главное, определения дальнейших тенденций поведения уровня океана вызывала большой интерес ученых к проблемам исследования колебаний уровня океана.

В настоящее время исследователи многих стран осуществляют широ­кое международное сотрудничество в рамках Международной програм­мы геологических корреляций (МПГК). Эта программа предполагает совместные исследования ученых различных стран в области изучения и пространственного сопоставления геологических явлений и процессов для решения наиболее актуальных научных и прикладных вопросов современной геологии и географии. Программа осуществляется ЮНЕСКО и Международным союзом геологов. Советский Союз принимает актив­ное участие в разработке.

Одним из проектов МПГК является проект № 61 "Изменения уров­ня моря в последний гляциальный полуцикл (около 15 000 лет) ".

В центре внимания рабочей группы проекта находятся следующие вопросы: а) сбор, анализ и интерпретация данных об изменении уровня моря и б) единая международная система документации датировок абсолютного возраста геологических образцов, фиксирующих голоцено-вые береговые линии. По первому вопросу большую работу провел гол­ландский исследователь О. Ван де Плассче. Им подробно рассмотрена проблема точного определения уровня моря в прошлом по различным индикаторам (лагунным отложениям, раковинам, торфу, кораллам, за­топленной древесине и т.п.) с учетом изменений высоты приливов, об­становки захоронений образцов, их последующего преобразования и др., разобраны возможные ошибки при определении возраста и гипсометри­ческого уровня отобранных образцов. В работе О. Ван де Плассче впер­вые были систематизированы и разобраны почти все проблемы точного фиксирования древних береговых линий во времени и пространстве.

7

По второму вопросу группа ученых из ФРГ в течение 6 лет работает над составлением единой формы документации радиоуглеродных датиро­вок голоценовых и позднеплейстоценовых береговых линий. Предложен­ная от имени этой группы X. Преуссом форма предназначена для массо­вой обработки данных на вычислительных машинах и получения на ком­пьютерах достоверных кривых изменений уровня океана в послеледни­ковое время. Однако следует заметить, что документация отличается большой сложностью и требует сбора большого количества данных, которые зачастую невозможно получить. Сейчас такая же работа прово­дится в университете штата Делавер в США, где разработаны принципы создания общей программы для ЭВМ. Перфокарта для машинной обра­ботки данных по голоценовым береговым линиям была составлена груп­пой В. Ньюмана из университета штата Нью-Йорк. В отличие от немецких исследователей В. Ньюманом используется ограниченное количество дан­ных: радиоуглеродный возраст, координаты отбора образца, его абсолют­ная высота над современным уровнем океана, тип датированного образ­ца (раковины, древесина, торф и т.п.). С помощью ЭВМ В. Ньюманом было проанализировано 750 радиоуглеродных дат, характеризующих ко­лебания уровня океана на Атлантическом побережье США. По полученным данным, амплитуда этих колебаний неодинакова на разных участках. Исследователями было показано, что эти различия обусловлены не только неотектоническими дифференциальными движениями, но и неравномер­ным растеканием талых ледниковых вод в соответствии с моделью Дж. Кларка и его коллег.

Важным достижением Международной рабочей группы проекта "Из­менения уровня моря" является "Атлас кривых послеледникового изме­нения уровня моря", составленный А. Блумом. В "Атласе" представлено около 100 кривых колебаний уровня океана и морей, опубликованных в разное время различными авторами, дающих наглядное представление о прогрессе наших знаний по проблеме, о нерешенных и спорных вопро­сах, что позволяет анализировать проявления колебаний уровня океана в различных районах мира.

На ряде заседаний Международной группы проекта обсуждалась теория Дж. Кларка, У. Фаррелла и У. Пелтьера о неодинаковом подъеме уровня океана в разных районах при таянии ледников. Модель Дж. Кларка и его коллег в основных чертах подтверждается при натурных исследованиях. Поэтому рабочая группа пришла к выводу о том, что составить единую кривую гляциоэвстатического подъема уровня океана невозможно. Каж­дому побережью соответствуют индивидуальные черты развития, связан­ные с таянием последних ледниковых щитов и растеканием талых вод, и для каждого участка характерна своя кривая подъема уровня фландр­ской трансгрессии (даже если не учитывать собственные тектонические деформации побережий). Этот вывод считается одним из важнейших достижений в проблеме изучения послеледниковых колебаний уровня моря.

Действительно, после такого решения можно считать, что завершилась многолетняя дискуссия между сторонниками Р. Фейрбриджа и Ф. Шепар-да о максимальной амплитуде фландрской трансгрессии в среднем голо­цене. В этой дискуссии сравнивались обобщенные кривые послеледнико­вого подъема уровня Мирового океана. Как ни парадоксально, и Р. Фейр-бридж, и Ф. Шепард оказались в какой-то мере правы. Первый из них, базируясь в основном на материалах по Австралии, доказывал, что уро­вень океана в среднем голоцене был выше современного положения;

второй, располагая данными в основном по Атлантическому побережью США, на своей кривой подъема уровня показывал, что фландрская транс­грессия в предшествующие столетия и тысячелетия не достигала совре­менного положения. По модели Дж. Кларка и его коллег, закономерности растекания талых вод были таковы, что уровень в южном полушарии действительно мог на несколько метров превышать современный, а в Северной Атлантике, напротив, в течение всего голоцена был несколько ниже береговой линии наших дней. Таким образом, кривая Р. Фейрбриджа правильна, но только для определенного участка побережья Австралии, а кривая Ф. Шепарда отражает колебания уровня океана для определен­ного района США.

Международная рабочая группа проекта "Изменения уровня моря" обратила внимание также на результаты изучения Антарктиды. Исследова­тели этого региона пришли к выводу о том, что западная часть леднико­вого щита располагается на поверхности континента, опущенного ниже уровня океана. Предполагается, что низкий гипсометрический уровень поверхности обусловлен первоначальным положением суши, а не изоста-тическими нагрузками ледника. Край ледникового щита в таких условиях находится в весьма неустойчивом состоянии, и возможны его отрыв от остальной массы льда и быстрое разрушение. Дж. Мерсер [Mercer, 1978] полагает, что благодаря потеплению климата Земли из-за увеличения в атмосфере С02 разрушение западной части ледникового щита Антаркти­ды может произойти в ближайшие 50 лет, что повлечет за собой общее повышение уровня Мирового океана на 5 м. Такое повышение уровня океана может привести к затоплению многих густонаселенных побере­жий в различных странах. Поэтому профессор А. Блум пишет: "Изуче­ние изменений уровня моря должно продолжаться с оглядкой (with an anxious eye toward Antarctida) на Антарктиду" [Bloom, 1979, P-75].

Вообще возможность быстрых "истечений" больших масс антаркти­ческих льдов теоретически обосновывалась многими исследователями еще в 60-х - начале 70-х годов [Зубаков, 1977]. Причиной'"истечений" должно быть внезапное нарушение условий равновесного состояния края ледникового щита при определенных величинах трения, скорости растекания льда, его мощности и формы щита. Чаще всего такое наруше­ние происходит при достижении краем ледникового покрова крутых уклонов на материковом склоне. Подсчитано, что при оптимальных условиях за несколько сот лет (геологически мгновенно) может разру­шиться 1/4—1/3 объема ледникового антарктического щита. Подобные истечения, или "сёрджи", должны вызывать геологически мгновенное повышение уровня океана на 5—20 м и существенно влиять на глобаль­ную климатическую обстановку. Некоторые исследователи допускают, что сёрджи неоднократно происходили в течение плейстоцена. Однако фактическими данными на этот счет м'ы не располагаем.

В Советском Союзе исследования по проблеме "Колебания уровня океана и морей" ведутся в достаточно широком плане. С 1976 г. они координируются Советской национальной рабочей группой проекта №61; регулярно проходят Всесоюзные совещания, на которых зачитываются доклады по различным аспектам проблемы.

В частности, на этих совещаниях был выдвинут целый ряд актуальных научных вопросов, связанных с разработкой общей проблемы изменений уровня океанов и морей в послеледниковое время.

Некоторые из этих вопросов активно разрабатываются и отдельными учеными и целыми научными коллективами, другие же незаслуженно не

9

пользуются вниманием исследователей. Сравнительно мало работ пока еще проводится по анализу палеогеографических и особенно палеоэколо­гических особенностей эволюции береговой зоны и шельфа в связи с изменениями уровня океана. Между тем такие исследования имеют огром­ное теоретическое и народнохозяйственное значение. Для точного и объек­тивного определения амплитуд колебаний уровня океана и морей важное значение имеет уточнение литоморфологических критериев древних бе­реговых линий, особенно на шельфе, и определения их возраста. Для определения возраста береговых линий недостаточно использования лишь биостратиграфических и радиоуглеродного методов. Возникла насущная необходимость разработки и применения новых методов аб­солютного датирования геологических объектов. При радиоуглеродном датировании используется, как известно, карбонатный и другой углерод-содержащий материал органического происхождения. Не всегда такой материал можно встретить в отложениях древних береговых зон. Поэтому необходим поиск новых методов, при которых бы датировался мате­риал, характерный для древних пляжей и встречающийся на них в мас­совом количестве. Возможно, что перспективы здесь имеет термолюми­несцентный метод датирования.

Важное значение для решения проблем изучения колебаний уровня океана приобретает метод математического моделирования геологи­ческих процессов. В этом направлении ведутся исследования, но их еще недостаточно.

К сожалению, советскими исследователями за последние годы не выдвинуты новые теоретические идеи по проблеме "Колебания уровня океана". Больше того, не находят отклик новые модели иностранных ученых, касающиеся, например, причин неравномерности трансгрессии в различных частях Мирового океана (модель Дж. Кларка и др.), возмож­ности быстрого разрушения ледников Антарктиды и т.п. Среди исследова­ний советских ученых преобладают региональные работы. Среди теоре­тических проблем наиболее подробно в советской геоморфологической литературе рассмотрен вопрос о климатической обусловленности эвста-тических колебаний уровня океана. Значительные исследования прово­дятся по вопросам влияния на уровень океана и морей неотектонических движений земной коры и гляциоизостатических поднятий. Безус­ловно, это весьма важные аспекты общей проблемы колебания уровня океана и морей. Однако процесс изменения уровня океана — процесс многофакторный. Главными причинами колебаний уровня океана можно назвать климат, тектонику, изменение потенциала силы тяжести, изме­нение скорости вращения Земли. Эти причины приводят к различным типам колебаний уровня: гляциоэвстазии, гляциоизостазии, изменению баланса водных масс (приход ювенильных вод, диффузия молекул воды через атмосферу в космическое пространство, изменение плотности океан­ских вод при изменениях их солености и температур и т.п.), гидроизо-стазии, геоидальной эвстазии, дифференциальным тектоническим измене­ниям, изменению уровня океана как следствию глобальных тектоничес­ких процессов (например влияние дрейфа литосферных плит на уровень океана). Сопоставление перечисленных типов колебания уровня океана с тематикой исследований в этом направлении показывает, что изучаются лишь немногие из этих типов колебаний уровня. Для полного решения проблемы необходимо расширить исследования по гидроизостазии, гло­бальному водообмену, геоидальной эвстазии, зависимости колебаний уровня океана, от глобальных тектонических процессов и т.п. 10

Советские исследователи, занимающиеся изучением геоморфологии побережий и прибрежной океанографией, специалисты других направле­ний с большим интересом относятся к разработке проблем, выдвигаемых проектом "Изменения уровня моря", и готовы сотрудничать с Между­народной рабочей группой этого проекта. Национальная рабочая группа сочла необходимым в 1982 г. в связи с XI Конгрессом ИНКВА, который будет проходить в СССР, организовать симпозиум-экскурсию по иссле­дованию голоценовых береговых линий с участием членов Международ­ной рабочей группы стран — участников проекта.

ЛИТЕРАТУРА

Зубаков В.А, К столетию ледниковой теории — обзор ее современного состояния. —

Изв. ВГО, 1977, № 1.

Каплин П.А. Новейшая история побережий Мирового океана. М.: Изд-во МГУ, 1973. Сафьянов Г.А. Береговая зона океана в XX веке. М.: Мысль, 1978. Bloom A.L. Annual Report on Scientific Progress: Project N 61. — Geol correlation

1979, N 7. Clark J.A., Farrell W.E., Peltier W.P. Global changes in post-glacial sea level: A numerical

calculation. - Quater. Res., 1978, vol. 9. Mercer J.H. West Antarctic ice sheet and CO2 greenhouse effect: A threat of disaster. —

Nature, 1978, vol. 271. Morner N.-A. Eustary and Geoid changes. - J. Geol., 1976, vol. 84, N 2.

УДК 551.417

P.K. КЛИГЕ

ИЗМЕНЕНИЯ УРОВНЯ ОКЕАНА В ИСТОРИИ ЗЕМЛИ

Формирование водной оболочки Земли тесно связано с общепланетар­ными геофизическими процессами, результатом которых явилось обра­зование трех сопряженных с ней оболочек: мантии, литосферы и атмосфе­ры. Поэтому при исследовании основных закономерностей развития гидросферы, оценки ее объемов и распределения в пространстве значи­тельный интерес представляет выявление основных закономерностей формирования поверхности нашей планеты.

Данные современной геологии позволяют получить определенные представления об эволюционном развитии Земли'почти за 5 млрд. лет [Войткевич, 1970; Шуколкжов, 1977 и др.], указывающие на тесную взаимосвязь между процессами, происходящими в ее недрах и на по­верхности.

Несмотря на определенные различия в теоретических представлениях о первоначальном развитии земной коры, многие исследователи скло­няются к представлению о том, что при ее возникновении поверхность Земли могла быть достаточно горячей [Магницкий, 1965; Сафронов, 1969 и др.] и сравнительно слабо расчлененной [Леонтьев, 1968; Муратов, 1974 и др.]. Почти одновременно происходило накопление поверхност­ной гидросферы в результате дегазации мантии [Виноградов, 1962 и др.] и развивались процессы интенсивного выветривания коры.

Поверхность литосферы или твердой земной коры в результате эндо­генного и экзогенного воздействий на нее приобрела к настоящему вре­мени характерные черты значительной неравномерности вертикального расчленения, которое оформилось в результате длительной эволюции планеты.

11

Определение абсолютного возраста горных пород показывает, что формирование континентального блока началось более 3 млрд. лет на­зад, а геохронологические схемы становления континентальных плат­форм указывают на последовательное их разрастание [Каттерфельд, 1958; Попов, 1964; Фурмарье, 1971; и др.] .

Ряд данных указывает на то, что морфотектонический процесс раз­вития земной поверхности должен был иметь определенную периодич­ность [Тугаринов, Войткевич, 1970; Хаин, 1971; и др.] с постепенным возрастанием контрастности рельефа [Шатский, 1955; Мещеряков, 1967; Криволуцкий, 1977; и др.].

Можно, вероятно, полагать, что объем, толщина и плотность земной коры изменялись пропорционально дифференциации вещества внутри Земли и дегазационных процессов в мантии. За основу характера процес­са развития Земли и ее оболочек может быть взята модель изменения ядра Земли [Сорохтин, 1974], которую во времени (Т) можно выра­зить через интегральную функцию Гаусса (/V) с соответствующим центром распределения (а), среднеквадратичным отклонением (ст) и перемен­ной интегрирования (и)

УЯ(Т) = 24

1

2тг а

(и - а) 2 о2

du

или в общем виде

УЯ(Т) = 24Л/(7; а = - 0,9; а= 1,5).

Одновременно определенное внимание должен был оказать механизм образования земной коры за счет конвективных течений в мантии и поступления под континенты океанической коры. Изменения массы (тз.к), объема (1/з.к), плотности (pp.) и толщины земной коры (/?3.к) во времени можно выразить соответствующими интегральными уравне­ниями:

Рз.к = 3,4-Л/(7;а =-0,95; 0=1,5), ' w3.K = 39Л/(7/ a =-0,9; а = 1,5), 1/з.к = 15,2Л/(7/ а = -0,7; а = 1,5), /?3.к = 29,7Л/(7; a = -0,7; а = 1,5).

Процессы развития земной коры должны были отразиться в рельефе земной поверхности, где положительные и отрицательные формы могли меняться в определенной пропорции относительно среднего уровня земной коры. Изменения суммарного их объема можно выразить урав­нением

И/= 0,63Л/(7; а = -1,8; а = 1,5).

Развитие форм рельефа земной поверхности самым тесным образом связано с общими процессами развития, происходящими в земной коре, и с тектоническими особенностями, что отражено в изменении высоты континентальных блоков (Нк) и глубин океанических впадин (Н0) при направленном развитии рельефа Земли в плане увеличения его конт­растности Нк = -0,081 72 + 0,337+ 2,54; Н0 = 0,032 - 0,377 - 1,38.

12

По мере увеличения континентальных блоков менялись условия изо-статического равновесия. Проведенные расчеты возможного изменения основных параметров земной коры и рельефа поверхности Земли поз­волили подойти к построению эволюционной модели развития земной поверхности в пределах 4—5 млрд. лет.

Особенности земной поверхности, определяющиеся как характером строения земной коры, так и процессами, протекающими в недрах Зем­ли и на ее поверхности, приближенно могут быть представлены в виде гипсографической кривой, которая, в свою очередь, может быть аппрок­симирована системой интегральных уравнений в зависимости от высот­ного уровня (h), определенной площади земной поверхности (S) и из­менений во времени (f) :

S(t,h)= (0,5 + 0.015Г)Л/(Л; 0,0326f2 - 0,404f - 4,6; 0,2f + 0,8) + + (0,1 -0,4f+ 0,003f2)/V(/?; - 0,0119f2 - 0,1576r - 2,9;0,5 + 0,125r) + + (0,4 + 0,025f-0,ОЗГ2)Л/(Л; - 0,094f2 + 0,2998f + 0,25; 0,8 + 0,2t).

Разработанная математическая модель изменения гипсографических особенностей поверхности Земли может быть использована для анализа развития рельефа на основе различных представлений об этом процессе.

Моделирование параметров земной коры и рельефа позволило пред­положить новую схему изменений гипсометрии поверхности Земли, ко­торая показала, что контрастность рельефа Земли, возрастающая в те­чение геологического времени, могла вызываться как нарастанием массы земной коры (вероятно, в большей степени) в районе континентальных блоков, так и прогибанием дна океана (вероятно, в меньшей степени) (рис. 1).

Общая модель изменения массы поверхностной гидросферы как резуль­тата процессов выплавления и дегазации вещества мантии Земли может быть выражена через уравнение [Клиге, 1980]

mr= 1,6/V (7; э = -1,8; а = 1,5).

По представлениям о развитии водной оболочки (модель глобальной эволюции Земли), а также по полученной модели развития рельефа были представлены возможные изменения параметров Мирового океана и предложена общая схема их изменения за геологическую историю. Для объема (И/0), площади (F0), глубины (Л0) и уровня (Н0) океана были получены следующие зависимости:

F0 = 510 -225Л/(7; а = - 0,4; ст = 1,5), Л„ = 5,4Л/(7; а =-0,8; а=1,5), И/0 = 1,5Л/(7; a = -1,8; а= 1,5), Н0 =3,5Л/(7; а = -1,2; а= 1,5) -2,5.

Расчеты указывают на постепенное сокращение площади океана и уве­личение площади суши с одновременным увеличением глубины океана со средней скоростью около 1 мм за тысячелетие.

В течение миллиардов лет значительные изменения уровня океана определялись преимущественно тектоническими процессами, и в первую очередь, вероятно, эволюцией континентов.

По результатам исследования видно, что расчет изменения уровня океана в геологическом прошлом может быть произведен только с уче­том изменения гипсометрии рельефа Земли. Моделирование рельефа и гидросферы позволяет предположить, что в результате продолжающегося планетарного развития Земли (процессов плотностной дифференциации

13

Рис. 1. Изменения гипсографической кривой поверхности Земли относительно уровня твердой земной поверхности

3-10' лет назад (-3) ,2-10' лет назад (- 2} , 1 -10' лет назад (-;) , современ­ное положение (О) и через 1 • 1 О9 лет в будущем (+ /)

вещества, дегазации воды из мантии, изменения контрастности рельефа и пр.) в течение ближайшего миллиарда лет объем водной массы Мирово­го океана должен продолжать увеличиваться в пределах 6—7%, что может привести к увеличению его глубины до 1 км. Одновременно площадь океана должна сократиться приблизительно на 16% за счет продолжающе­гося прогибания дна и поднятия континентальных блоков.

Проведенные расчеты для периода фанерозоя, показавшие хорошую сходимость их с палеогеографическими данными М.М. Страхова, Т.Г. Термье и др., распределения суши и моря на территории современ­ных континентов позволили предложить схему изменения уровня Миро­вого океана для этого отрезка времени. Исследования показывают, что в течение последних 600 млн. лет уровень океана должен был неуклонно повышаться со средней скоростью около 0,5 мм за 1000 лет, но в ре­зультате увеличения контрастности рельефа морской уровень относитель­но снизился и площадь океана сократилась. Обобщение изменения уров­ня океана во времени (Г) может быть выражено- Нп = 60 + 0 3347"— -27-1СГ3 Г2.

Исследование изменений уровня океана в геологическом прошлом показало, что наиболее крупные из них достаточно тесно связаны с осо­бенностями тектоно-магматических процессов. Так, регрессии со ско­ростью около 0,004 мм в год совпадают во времени с орогенными пери­одами, когда происходила перестройка земной поверхности, увеличи­вался контраст рельефа и как бы увеличивалась емкость океанических впадин. Это было характерно для таких эпох горообразования, как са-лаирская, каледонская, герцинская, древнекемерийская, австрийская, альпийская, и ряда других. Трансгрессии, наоборот, характерны для меж-орогенных этапов развития Земли.

Самая мощная трансгрессия в истории Земли, которая зафиксирована наибольшей площадью распространения морских отложений на террито-14
Рис. 2. Изменения уровни океана в фанерозое (7) и осредненное его положение (2)

рии суши, относится к ордовику с максимумом около 470 млн. лет назад. В этот период было затоплено более 72 млн. км2 современной площади континентов и более 83% поверхности планеты было покрыто водой. Уровень океана мог подниматься более чем на 250 м со средней ско­ростью 8 м за 1 млн. лет, средняя глубина океана сокращалась до 3,12 км (рис. 2).

Второй по мощности была меловая трансгрессия с максимумом 90— 97 млн. лет назад с подъемом уровня более чем на 150 м и затоплением около 38 млн. км2 площади суши, т.е. 36% современных континентов находилось под водой.

Современная скорость осадконакопления составляет около 0,03 мм в год, т.е. была на порядок выше скорости трансгрессий в геологическом прошлом, и, следовательно, последние могут быть в значительной степе­ни объяснены процессами осадконакопления. В то же время расчеты, проведенные в соответствии с теоретическими разработками по новой глобальной тектонике, показали, что в зонах Заварицкого—Беньофа, протяженность которых приблизительно 60 тыс. км, в результате опус­кания океанической литосферы со средней скоростью 5 см в год при тол­щине осадочного слоя в 3—4 км должно погружаться в мантию 9—12 км3 морских отложений, что могло бы вызывать снижение морского уровня на 0,02—0,03 мм в год, если бы это не уравновешивалось современным осадконакоплением.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16


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