Table of Contents

Динамичное рождение Атлантического океана

Атлантический океан — второй по величине океанский бассейн на Земле, охватывающий примерно 106 млн кв. км. В то время как его обширные воды отделяют Америку от Европы и Африки, это огромное пространство геологически молодо. Бассейн был не всегда там; он был сформирован неустанным движением тектонических плит Земли. Этот процесс, известный как морское дно, распространяющееся на расходящихся границах плит, продолжает формировать планету. Сегодня Атлантика все шире, движимая глубокими земными силами, которые разбивают континенты и кузнечно формируют новую океаническую кору.

Понимание формирования Атлантики обеспечивает прямое окно в фундаментальную механику тектоники плит. В этой статье исследуются наука, стоящая за расхождением границ, история рождения Атлантики от суперконтинента Пангея, вулканический двигатель Среднеатлантического хребта и доказательства, которые подтвердили эти новаторские теории.

Двигатель тектоники плит

Динамическая литосфера

Внешняя оболочка Земли разбита на несколько жёстких кусков, называемых тектоническими плитами. Эти плиты, состоящие из коры и верхней мантии, образуют литосферу. Литосфера плавает на более горячем, более пластичном слое мантии, известном как астеносфера. Конвекционные токи внутри астеносферы, приводимые в движение теплом от ядра Земли, порождают силы, которые перемещают эти плиты по поверхности планеты.

Тектоника плит является объединяющей теорией геологии, объясняющей распределение землетрясений, вулканов, горных хребтов и океанических бассейнов.Относительное движение плит классифицируется на три основных типа: конвергентные (пластины, движущиеся навстречу друг другу), трансформационные (пластины, скользящие мимо друг друга) и дивергентные (пластины, движущиеся отдельно).Формирование Атлантического океана является прямым результатом последнего типа — дивергентных границ плит.

Роль расходящихся границ

На расходящейся границе тектонические плиты отрываются друг от друга. По мере отделения пластины, накладывающаяся литосфера разрежается и ломается. Снижение давления на подстилающую мантию вызывает расплавление декомпрессии. Эта расплавленная порода, или магма, менее плотная, чем окружающая твердая порода, и поднимается плавно, чтобы заполнить разрыв. По мере охлаждения и затвердевания магма образует новую океаническую кору. Этот непрерывный процесс называется , распространение на полу.

Атлантический океан окружен единой, непрерывно расходящейся пограничной системой: Среднеатлантическим хребтом. Этот хребет сворачивается по оси север-юг океанского бассейна. К западу от хребта североамериканская и южноамериканская плиты удаляются от евразийской и африканской плит на восток. Пространство, оставленное этим разделением, постоянно заполнено новой корой, поднимающейся из мантии.

Анатомия расходящейся границы плиты

Оригинальное название: Rifting: The Initial Breakup

Формирование нового океанского бассейна начинается с континентального рифтинга. Континент подвергается протяженности, заставляя его растягиваться, тонуть и развивать ряд параллельных нормальных разломов. Это создает рифтовую долину, депрессивный регион, граничащий с поднятыми плечами. Восточноафриканская рифтовая система является современным примером активного континентального рифта, который может однажды развиться в океанский бассейн.

По мере углубления разлома кора становится чрезвычайно тонкой. Распространяется вулканизм, затопляющий рифтовое дно базальтовой лавой. Если рифтинг успешно продолжается, континентальная кора полностью раздвигается. Этот процесс создает новый, узкий океанский бассейн. Разлом не чист; фрагменты континентальной коры, называемые микроконтинентами, могут изолироваться внутри нового океанского бассейна.

Магматизм и кристаллическая аккреция

Как только трещина полностью установлена и океаническая кора начинает формироваться, процесс организуется вдоль срединно-океанского хребта. Поколение магмы непрерывно. Состав этой магмы в первую очередь толеитный базальт. По мере роста магмы она собирается в неглубоких магматических камерах под осью хребта.

Из этих камер магма вводится вертикально в окружающую породу, чтобы сформировать покрытые листом дамбы. Некоторая магма извергается на морское дно, где она утоляется холодной морской водой, образуя характерные базальты подушки. Глубже в коре магма охлаждается медленнее, чтобы сформировать грубо-зернистый габбро. Полная последовательность океанической коры - осадки, базальты подушки, покрытые листом дамбы и габбро - известна как опхиолитная последовательность и представляет собой план дна океана.

Расширение морского дна и гидротермальная циркуляция

Новообразованная океаническая кора не остается на оси хребта. По мере того как новая магма продолжает вторгаться, она отодвигает старую, затвердевшую кору поперечно от хребта. Этот конвейерный лентовидный процесс распространяется по морскому дну. Скорость распространения в Атлантике обычно считается медленной до промежуточной, в среднем 2-5 сантиметров в год. Это значительно медленнее, чем быстро распространяющийся Восточно-Тихоокеанский подъем.

Образование новой коры на хребте сопровождается интенсивной гидротермальной активностью. Холодная морская вода просачивается вниз через трещины в вновь образованной коре. По мере опускания она нагревается подстилающей магматической камерой. Перегретая вода растворяет металлы и минералы из окружающей породы. Затем она вырывается обратно на морское дно через гидротермальные жерла, или «черных курильщиков», образуя массивные сульфидные отложения и поддерживая уникальные хемосинтетические экосистемы.

Рождение океана: Распад Пангеи

Цикл Суперконтинента

Примерно 335 миллионов лет назад большая часть суши Земли была собрана в единый суперконтинент Пангея. Этот массивный материк был окружен единым глобальным океаном Панталасса. Образование и распад суперконтинентов — повторяющийся геологический цикл, обусловленный конвекцией мантии и тектоникой плит.

Силы, собравшие Пангею, в конце концов разорвали её на части. Около 200 миллионов лет назад, в период раннего юрского периода, суперконтинент начал разваливаться. Первоначальный разрыв произошёл между тем, что сейчас является Северной Америкой, и северо-западной Африкой. Это знаменует рождение центральной части Атлантического океана.

Центрально-Атлантическая Магматическая Провинция

Распад Пангеи не был тихим, нежным процессом. Он сопровождался одним из крупнейших вулканических событий в истории Земли. Это событие, известное как Центрально-Атлантическая Магматическая Провинция (CAMP) , включало извержение миллионов кубических километров базальтовой лавы за короткий геологический интервал. Событие CAMP сохранилось сегодня как толстые последовательности потоков лавы (базальтов потопа), найденных в восточной части Северной Америки, северо-западной Африке, Южной Америке и Западной Европе.

Выброс вулканических газов, включая углекислый газ и серу, вероятно, вызвал серьезные экологические изменения, включая быстрое глобальное потепление и подкисление океана.Этот массивный вулканизм тесно связан с концом триасового массового вымирания, которое расчистило путь для доминирования динозавров в юрском периоде.

Открытие Северной и Южной Атлантики

Расширение рифтового и морского дна, создавшее Атлантический океан, произошло не сразу. Северная Атлантика начала открываться по мере того, как североамериканские и евразийские плиты расходились. Это первоначальное разделение создало узкий морской путь, который соединял океан Тетис с западом. Распространение продолжалось в юрский и меловой периоды, расширяя бассейн.

Южная Атлантика открылась позже, начавшись около 140 миллионов лет назад в раннем меловом периоде. Южная Америка и Африка отделились друг от друга с юга на север, как молния. Этому разделению также предшествовал массивный вулканизм, который создал базальтовые провинции Парана и Этендека в Южной Америке и Африке соответственно. По мере расширения Южной Атлантики она в конечном итоге соединилась с Северной Атлантикой, образуя непрерывный океанский бассейн, который мы видим сегодня.

Среднеатлантический хребет: центр распространения океана

Подводный горный хребет

Среднеатлантический хребет — самый длинный горный хребет на Земле, протянувшийся на 16 000 километров от хребта Геккеля Северного Ледовитого океана до тройного соединения Буве в Южной Атлантике, представляет собой прочную, непрерывную цепь подводных вулканов и разбитых гор, определяющую границу между расходящимися тектоническими плитами.

Хребет не является гладкой особенностью. Для него характерна центральная рифтовая долина, которая характерна для медленно распространяющихся хребтов. Эта рифтовая долина может иметь ширину 20-40 километров и глубину более километра. Дно долины активно вулканическими извержениями и гидротермальными жерлами. Поклонение центральной долины - рифтовые горы, поднятые глыбы коры, образующие высокие вершины хребта.

Исландия: хребет над волнами

Исландия является одним из немногих мест, где Срединно-Атлантический хребет находится над уровнем моря. Это связано с мощным мантийным шлейфом , или горячей точкой, расположенной под островом. Горячая точка поставляет дополнительный объем магмы, создавая кору достаточно высоко, чтобы подняться над поверхностью океана. Исландия, таким образом, является уникальной естественной лабораторией для изучения процессов системы среднего океанского хребта.

Страна разделена расходящейся границей плит. Евразийская и североамериканская плиты активно раздвигаются, создавая трещины и трещины по ландшафту. Эта вулканическая активность формирует ландшафт Исландии, с частыми извержениями в ее вулканических системах, таких как Бардарбунга и Эйяфьяллайокудль. Национальный парк ⁇ ingvellir является одним из самых драматических видимых примеров рифтовой долины, созданной расходящиеся плиты на суше.

Глубинное море и уникальные экосистемы

Вдоль глубокой оси Срединно-Атлантического хребта гидротермальные вентиляционные поля содержат богатые и необычные экосистемы. В отличие от большинства жизни на Земле, эти сообщества не полагаются на солнечный свет. Вместо этого хемосинтетические бактерии и археи превращают химические вещества в вентиляционные жидкости (такие как сероводород и метан) в энергию.

Эти организмы образуют основу пищевой сети, которая включает гигантских трубчатых червей, креветок, моллюсков и различных видов рыб. Открытие гидротермальных вентиляционных отверстий в 1970-х годах произвело революцию в биологии. Гидротермальное поле Затерянного города, расположенное недалеко от Средне-Атлантического хребта, является особенно уникальной щелочной системой вентиляции, которая дает представление о потенциальных истоках жизни на Земле.

Читать скалы: доказательства распространения морского дна

Магнитные полосы на дне океана

Одним из наиболее убедительных доказательств распространения морского дна является рисунок магнитных полос на дне океана. Когда магма охлаждается на Средне-Атлантическом хребте, железосодержащие минералы в базальте выравниваются с магнитным полем Земли. Когда скала затвердевает, эта магнитная подпись «замораживается» на месте.

Магнитное поле Земли периодически меняет полярность. Когда происходит магнитное изменение, вновь образующаяся кора фиксирует противоположную полярность. По мере того, как распространение морского дна отталкивает кору от хребта, оно создает симметричный рисунок нормальных и обратных магнитных полос по обе стороны хребта. Этот рисунок действует как магнитный регистратор магнитной истории Земли и прекрасно подтверждает предсказания гипотезы распространения морского дна. Теория была формализована Фредом Вайном и Драммондом Мэтьюсом в 1963 году.

Глубоководный бурение и кристальный возраст

Дальнейшее подтверждение пришло из проекта глубоководного бурения (DSDP), а затем из программы океанского бурения (ODP). Пробурив в дно океана, ученые могли непосредственно отбирать отложения и лежащий в их основе базальт. Радиометрическое датирование этих образцов показало явную тенденцию: возраст океанической коры систематически увеличивается с расстоянием от Срединно-Атлантического хребта.

Самая старая океаническая кора в Атлантике находится рядом с континентальными окраинами, восходящими к юрскому и раннему меловому периоду. Самая молодая кора находится непосредственно на оси хребта. Эта возрастная прогрессия обеспечивает неоспоримую хронологию открытия Атлантического океана. Она демонстрирует, что дно океана постоянно создается на хребте и разрушается в зонах субдукции в других местах.

Толщина осадка и тепловой поток

Другие линии доказательств включают толщину осадка. Осадок медленно накапливается на дне океана с течением времени. Поскольку кора самая молодая в Срединно-Атлантическом хребте, было меньше времени для накопления осадка там. Осадочный покров тонкий или отсутствует на гребне хребта. Отойдя от хребта, слой осадка становится все более толстым, отражая возраст подстилающей коры.

Теплопоток также поддерживает теорию. Самая молодая кора на оси гребня горячая, что приводит к высокому тепловому потоку. По мере охлаждения коры и отхождения от гребня тепловой поток уменьшается. Эти измерения идеально вписываются в модель охлаждения, распространяя литосферную пластину.

«Атлантика завтрашнего дня»: продолжение движения и потенциальное закрытие

Расширяющийся океан

Атлантический океан в настоящее время находится в активной фазе открытия. Американские плиты продолжают дрейфовать на запад от Евразии и Африки со скоростью несколько сантиметров в год. Это движение подтверждается измерениями GPS и продолжающейся сейсмической активностью вдоль Срединно-Атлантического хребта. Атлантика расширяется, в то время как Тихий океан сокращается.

Силы, приводящие к этому расширению, представляют собой комбинацию ридж-толка и слаб-тяги .Толчок хребта происходит потому, что приподнятая ось гребня оказывает гравитационное давление на окружающую литосферу.Толчок плиты, порождаемый погружением океанической литосферы в зонах субдукции в других местах, также способствует дифференциальному движению пластин.

Инициация субдукции и цикл Суперконтинента

Несмотря на нынешнее расширение, Атлантика не будет расти вечно. В конце концов, расходящаяся граница станет конвергентной. Этот переход происходит, когда плотная океаническая литосфера по краям Атлантики становится достаточно тяжелой, чтобы инициировать субдукцию. Зоны субдукции уже формируются в Карибской и Шотландской дугах, которые по существу являются мелкомасштабными предшественниками полномасштабной атлантической системы субдукции.

Когда начнется субдукция по краям Атлантики, начнет замыкаться океанский бассейн. Этот процесс - начало следующего цикла суперконтинента. Геологи прогнозируют, что примерно через 200-300 млн лет Америки столкнутся с евразийским и африканским континентами. Этот будущий суперконтинент назвали Амасьей или Новопангеей. Закрытие Атлантики будет сопровождаться горообразованием, вулканизмом и фундаментальной перестройкой географии Земли.

Динамическое наследие

Образование Атлантического океана выступает мощным примером динамичной природы нашей планеты. От первоначального рифтинга Пангеи, движимой глубокими мантийными силами, до непрерывного создания океанической коры на Среднеатлантическом хребте Атлантика является свидетельством непреклонной силы тектоники плит. Доказательства этого процесса написаны в магнитных полосах морского дна, возрасте его скал и активном вулканизме вдоль его центральной оси.

Этот океан не является постоянной особенностью. Он находится в процессе работы, активно расширяется сегодня. Та же самая расходящаяся граница, которая создала его, неизбежно приведет к его закрытию, ведя к следующей сборке суперконтинента. Понимание этого цикла позволяет нам оценить глубокие временные рамки и огромные силы, которые сформировали и продолжают формировать географию мира.