На дне Красного моря

Люк «Пайсиса» задраен. Аппарат начинает медленно погружаться, уходя из дневного света в темноту морской толщи. Включили прожектора. В иллюминаторе поплыл снизу вверх «снег» белых планктоновых частиц. Через час мы на дне, на глубине 1700 метров. Прямо перед глазами, чуть извиваясь, стоит глубоководная акула. В иллюминаторные стекла, которые все увеличивают, она кажется огромной. Соображаю, чем бы ее измерить, и вижу на дне недалеко от акулы бутылку. Их много на дне, брошенных с кораблей. Быстро мысленно прикладываю бутылку к акуле. Всего четыре! А казалась такой огромной.

Из иллюминатора «Пайсиса» видно так много, что диктовать в микрофон нужно без передышки. Берусь за микрофон. Начинаем работать.

Три научных судна — участвовали в красно-морской экспедиции. На борту «Академика Курчатова» находился подводный аппарат «Пайсис». Было на судах и много других аппаратов, способных производить придонные наблюдения: телевизионную съемку, сейсмическое зондирование и т. д. Мне довелось участвовать в этой экспедиции и опускаться в «Пайсисе» на дно.

Что же повлекло нас в такие дальние края? Рифт Красного моря, интереснейший участок Земли, где своими глазами… Впрочем, о том, что мы увидели своими глазами,— несколько позже. Сначала предыстория.

Мы хорошо знаем, что океаны занимают не менее двух третей поверхности Земли. Но как они образуются, как рождаются?

Если бы этот вопрос был задан геологам раньше, то ответ они стали бы искать в самой древней истории Земли. Очень долгое время в геологии господствовало мнение, что океаны — явление первозданное, однажды возникнув на самых ранних этапах жизни планеты, они так и оставались неизменно в тех местах, где находятся теперь. Возраст нашей планеты, как мы знаем, 4,6 миллиарда лет. В геологической летописи записаны события, относящиеся к последним 3,8 миллиарда лет.

Очень долгое время в геологии господствовала концепция, которая предполагала, что главное в образовании форм земной поверхности — гор, континентальных массивов, глубочайших впадин в океане — вертикальные перемещения блоков земной коры и именно эти вертикальные движения создали привычный для нас облик планеты.

До второй мировой войны геологические работы проводились в основном на суше. В пятидесятые годы наступил новый период. Началось изучение геологическими и геодезическими методами дна океана: чем оно сложено, каков его рельеф, какие осадки лежат на дне и какие горные породы обнажаются. На дне океана были обнаружены крупные расселины и не менее крупные хребты, и из них наиболее интересные мощные системы срединно-океанических хребтов, которые расположены примерно посредине почти во всех океанах. Прежняя концепция не могла дать ответа на вопрос, как они образовались.

Кроме того, геофизическими методами было установлено (и это чрезвычайно важно), что океаническое дно очень молодо. Ни в одном океане нет участка дна, который был бы старше 150—160 миллионов лет. Для геологии это, по существу, последний миг развития нашей планеты.

Если считать, что в земной коре господствуют вертикальные движения, а континенты и океаны всегда оставались на своих местах, то как объяснить молодость геологических пород океанского дна?

Объяснение давалось такое. Раньше на месте океанов располагались континентальные массы, такие же, что составляют сейчас сушу. И только примерно 200 миллионов лет назад эта континентальная суша начала, опускаясь, превращаться в океан.

Но континенты сложены легкими породами, гранитами, в отличие от океанов, дно которых сложено тяжелыми породами — базальтами. Океаны по этой причине занимают более низкое положение.

Отсюда вставали необъяснимые вопросы: каким же образом легкие гранитные породы, слагающие континенты, превращаются в тяжелые базальты? как смогли легкие породы погрузиться в окружающие их тяжелые?

Было высказано и другое предположение: дно океанов создается сейчас, на наших глазах. Срединно-океанические хребты, протянувшиеся через все океаны,— как раз то место, где происходит рождение новой коры за счет излияния базальтов из недр Земли. По мере выхода базальтов и их застывания наращиваются новые участки океанической коры. В середине хребтов существуют огромные зияющие трещины, а это значит, что края океанов вынуждены отходить в стороны от этих хребтов.

Так родилось представление о том, что главная роль принадлежит не вертикальным, а крупным горизонтальным перемещениям огромных масс по поверхности Земли. Это предположение стало находить себе подтверждение в совершенно независимых данных. В частности, в том, что вся поверхность Земли разбита сейсмическими поясами на крупные блоки, внутренние части которых практически лишены землетрясений. А ведь землетрясения — это высвобождение упругой энергии, возникающее тогда, когда твердые части литосферы трутся, разрываются или перемещаются относительно друг друга. Эти крупные блоки получили название литосферных плит.

Литосферные плиты в одних зонах расходятся, в других сближаются между собой. Там, где они расходятся, появляются зияющие трещины, по которым из глубин Земли поднимается расплавленный базальт и, застывая, наращивает плиты. Там, где они сближаются (пример — система глубоководных желобов, обрамляющих Тихий океан), возникают крупнейшие горные сооружения. Это прежде всего островные вулканические дуги, образующие всем известное огненное кольцо Тихого океана, и горноскладчатые цепи, в том числе и грандиозный Альпийско-Гималайский складчатый пояс.

Океаны в одних местах возникают, в других — исчезают. Так исчез мезозойский океан Тетис, протягивавшийся в широтном направлении вдоль тропической области северного полушария.

Шестидесятые годы ХХ века ознаменовались в геологии появлением концепции, возродившей на новой основе построения крупнейшего немецкого ученого Альфреда Вегенера, высказанные в двадцатых годах прошлого столетия. Возникла научная теория — тектоника литосферных плит.

В последнее время стало ясно: океаны зарождаются в срединно-океанических хребтах. Но как в деталях происходит процесс рождения новой океанической коры? Что здесь главное? Каким образом формируются сами эти хребты и глубокие рифтовые долины? Требовались детальные исследования, их уже невозможно было делать с помощью грунтовых щупов, трубок и даже тонких геофизических приборов. Не давало ответов и глубоководное бурение, которое проводится в последние годы во всех океанах. Взглянуть собственными глазами на морское дно, убедиться в том, что из донных трещин изливаются базальты, посмотреть, что происходит с базальтами после того, как они изольются из трещин,— именно это требовалось теперь морским геологам.

Я опущусь на дно морское…

Исследования океанического дна были начаты французскими и американскими учеными с подводных спускаемых аппаратов над срединно-океаническими хребтами. Эти работы проводились по проекту «Фамоус» в Срединно-Атлантическом хребте, в Восточно-Тихоокеанском поднятии вблизи Калифорнийского залива и в ряде других районов. Был получен огромный и интереснейший материал. На дне океана в центре срединного хребта были обнаружены узкие щели, из которых непрерывно к поверхности Земли поступает базальтовая лава. Соприкоснувшись с водой, эта лава очень быстро застывает и образует нагромождения, вулканические постройки. По мере движения от оси хребта возраст базальтов увеличивается.

То, что увидели на дне французские и американские исследователи, подтвердило выдвинутые раньше предположения. Как это и предсказывалось теорией литосферных плит, идет разрастание океанического дна (по геологической терминологии — спрединг дна океана). Было выявлено и много других ценнейших подробностей.

Стало ясно, что отдельные периоды активного вулканизма длительностью в десятки тысяч лет чередуются с периодами покоя. По мере отодвижения от оси хребта базальтовое ложе дробится, появляются крупные уступы тектонического происхождения.

Но французы и американцы работали в сформировавшихся, давно существующих океанах. Вопрос о том, как происходит само зарождение океана, оставался неясным. Теоретически известно, что 200 миллионов лет назад континенты составляли единый крупный материк Пангею. Затем Пангея раскололась. Осколки ее расходились в стороны и дали начало Индийскому и Атлантическому океанам. Сейчас трудно с точностью восстановить, как происходил этот раскол, как в пределах континента возникали первичные океанические трещины. Можно только строить теоретические схемы, более или менее близкие к истине. Но геологам повезло. Выяснилось, что и сейчас есть на земной поверхности участки, где происходит раскол континентов. Это те места, где мировая система срединно-океанических хребтов выходит из океана на сушу.

Наиболее яркий из таких участков — район Красного моря. Здесь срединный хребет Индийского океана переходит сначала в структуру Аденского залива, потом продолжается по суше через провинцию Афар, в Эфиопии, и переходит, с одной стороны, в Красное море, а с другой — в крупные провалы (рифты) — впадины и грабены Восточной Африки.

Возникло предположение, что рифты Восточной Африки и Красного моря представляют собой последовательные стадии раскола континента. Если Эфиопский рифт — это первичная трещина, расколовшая континент, то Красное море и провинция Афар — это уже следующая стадия развития этой первичной трещины. Следуя дальше по этой системе, мы переходим ко все более раскрывшимся, разошедшимся участкам континента, пока не попадем в Индийский океан. Естественно, что внимание геологов было приковано к району Восточной Африки и Красного моря. Вот почему экспедиция Института океанологии отправилась в такое далекое плавание — изучать дно Красного моря.

Американцы и французы, работавшие в открытом океане, до подводных работ заблаговременно проводили полное изучение геологии и геофизики выбранных районов. В нашей же экспедиции вся работа должна была быть проделана в один полевой сезон. Надо сказать, что все было выполнено успешно. Работали дружно, слаженно, организованно.

Главный вопрос, который нас интересовал: к чему ближе рифт Красного моря, к континентальным рифтам, таким, как Байкальский и Восточно-Африканский, или к океаническим? А может быть, он занимает какое-то промежуточное место между ними, и если это так, то чем отличается от тех и других? Кроме того, в Красном море еще раньше были открыты глубокие двухкилометровые впадины с горячими рассолами, в которых сейчас идет отложение металлоносных осадков, богатых железом, марганцем, медью, цинком. По сути, здесь можно наблюдать современный процесс металлообразования. Знать, как он проходит, чрезвычайно важно.

Мы работали в центре южной части Красного моря, там, где, по предварительным данным, находятся наиболее типичные участки рифта, а глубины не превышают двух километров. Именно на такие глубины можно опускаться на «Пайсисе».

В ходе работы выявилась чрезвычайно интересная картина. На рисунке вы видите поперечное сечение Красного моря. Дно огромными ступенями спускается от краев рифта к его центру. На верхних ступенях глубина 500—600 метров, на следующей серии ступеней — 1200—1500 метров, осевая часть Красного моря опущена до глубины 1800— 2000 метров. Ступени разделены отвесными стенками, голыми, лишенными осадков. В самом центре Красного моря — узкая, шириной в 5 километров, полоса подводных гор высотой 200—300 метров, очень редко они поднимаются до 400 метров над дном.

Эти горы, как мы увидели с «Пайсиса», сложены молодыми базальтовыми лавами. Внутри этого неширокого пояса гор проходит узкая километровая полоса самых молодых вулканических построек. О молодости их говорит то, что на них совсем нет морских осадков. Скорость накопления осадков в Красном море довольно велика — 5—10 сантиметров в тысячу лет. Ведь в Красном море, теплом, богатом планктоном, на дне беспрерывно накапливаются остатки отмерших морских организмов. Когда спускаешься на «Пайсисе», первое, что поражает,— это сплошной «снег» в иллюминаторе. Миллиарды планктонных частиц, мелких рачков, инфузорий, ракушек проносятся перед глазами. Легко можно посчитать, каким должен быть чехол осадков, а следовательно, и возраст лав. Лавы, на которых еще не накопились осадки, очень молоды. Их возраст не превышает 1000 лет. Значит, во времена фараонов рельеф дна Красного моря был совсем иным.

В наших руках оказался и другой способ определения возраста лав. Неожиданно для себя мы обнаружили, что выход лав и крутые стенки тектонических ступеней покрыты достаточно толстым известковым слоем. Иногда это даже сосульки — сталактиты, как в карстовых пещерах. Известковые корки есть везде, кроме той узкой зоны, которая проходит посредине хребта. Было очень много споров на палубах наших научных кораблей о происхождении этих корок.

Больше всего приверженцев было у такой гипотезы. В ледниковое время, то есть всего 10 тысяч лет назад, уровень Мирового океана был ниже, чем сейчас, на несколько сотен метров. Значит, не было связи между Индийским океаном и Красным морем через Баб-эль-Мандебский пролив. Концентрация солей в Красном море была резко повышена, и шло отложение карбонатов на дне. Значит, там, где нет этих карбонатных корок, возраст базальтов меньше 10 тысяч лет.

Мне довелось на «Пайсисе» пересечь центр рифта и видеть молодые вулканические постройки. На самой вершине вулканической горы, высотой метров 300, мы видели жерло, из которого совсем недавно вытекала лава. Отверстие это имеет диаметр около трех метров. Со всех сторон жерло окружено пустотелыми причудливыми корками базальтов. Откуда появились такие формы? Раскаленная лава с температурой 1200 градусов попадает в холодную воду на дне моря. Мгновенно, как в стеклодувной мастерской, происходит ее закалка, лава покрывается твердой стекловидной коркой. Возникают так называемые лавовые подушки, из которых сама лава, найдя себе отверстие, вытекла и растеклась этакими «амебами» или «черепахами» на пологих склонах и лавопадами — на крутых. А «подушки», «кувшины», «скорлупки яиц» (все это мы видели своими глазами!) остаются.

На склонах этой вулканической постройки множество крупных трещин. Как будто кто-то огромным ножом разрезал потоки лавы, разбил пополам лавовые «подушки» и растащил отдельные части на расстояние иногда до двадцати метров. Перед взором открываются зияющие провалы, которые уже невозможно пробить лучом прожектора. Эхолотом удалось определить, что глубина одной из таких трещин была не менее ста метров. Эти трещины называются «гьяры», от исландского «гьяр» — трещина во фьордах. Местами один край гьяра бывал приподнят над другим. Количество трещин становится все больше, если двигаться от центра вулкана к его краям. Здесь целые системы трещин. Хорошо, что есть «Пайсис» — пройти по такому дну водолазу было бы немыслимо.

Огромное количество гьяров — неопровержимое свидетельство: земная кора в пределах рифтовой долины растягивается. Это и заставляет базальты подниматься из глубин. Здесь происходит рождение новой коры в результате горизонтального раздвижения земных блоков.

Обнаружилось, что условия растяжения свойственны только этой 4—5-километровой осевой зоне. Обстановка всего лишь в двух километрах от оси рифта резко меняется. Здесь видно, как вздымаются крутые пятисотметровые стенки-уступы. Это уже следы тектонических движений — сбросов. Интересно, что края рифта подняты над осевой долиной, значит, здесь происходило и воздымание.

Мы много думали, спорили во время рейса, пытаясь найти объяснение тому, что видели. Интересна теоретическая модель, которую предложил доктор физико-математических наук О. Г. Сорохтни, возглавлявший научную группу на судне «Профессор Штокман». Вот его модель: по мере раздвижения литосферных плит в зазор между ними поступает снизу базальтовое вещество из размягченного астеносферного слоя Земли. Внедряясь в образовавшуюся щель, это вещество заставляет воздыматься ее края. Однако поскольку скорость раздвижения плит не так уж велика (а мы установили, что скорость раздвижения плит о Красном море за последние три миллиона лет — полтора сантиметра в год), то обильного, мощного притока вещества из мантии здесь не может быть. Поэтому рано или поздно базальтовый вулканизм прекращается. А раздвижение литосферных плит продолжается, плиты раздвигаются в стороны, возникает неустойчивость — края плит обламываются и опускаются в виде оползней вниз. И так — до тех пор, пока не начнется новый период вулканизма.

Эта модель пульсирующего механизма образования рифтовой зоны оказалась применимой не только к рифту Красного моря, но и к другим рифтовым долинам.

Но к каким рифтам ближе красноморский — к континентальным или океаническим? Сейчас твердо установлено, что в пределах рифта Красного моря нет никаких остатков континентальной коры. Везде, где удавалось достичь основания рифта, лежащего под морскими осадками, мы убеждались, что видим базальты. Сейчас химические анализы показали, что это типичные океанические базальты, так называемые толеиты.

Мы установили, что последняя стадия растяжения красноморского рифта началась всего три миллиона лет назад. За это время успела сформироваться настоящая океаническая кора. Давно известно, что в океанах наблюдаются полосовые магнитные аномалии, которые представляют собой как бы магнитофонную запись переменного поля Земли. Они-то и отражают этапы раздвижения океанического дна. Такие же переменные аномалии свойственны и красноморскому рифту. Их обнаружили магнитологи с научного корабля «Профессор Штокман» и сопоставили их с аномалиями Мирового океана. Был установлен их возраст, по которому мы и восстановили историю Красноморского рифта.

По своей форме Красноморский рифт почти ничем не отличается от срединно-океанических рифтов. Это очень важный и интересный факт. Ведь Срединно-Атлантический хребет, например, существует уже по меньшей мере 150 миллионов лет, в Красном же море рифтовая долина начала образовываться три, самое большее — пять миллионов лет назад, а принципиальных отличий в структуре этих рифтовых зон нет. Отсюда можно прийти к твердому заключению, что Красноморский рифт — рифт океанический. Но есть и отличие Красноморского рифта от рифтов открытых океанов — в нем нет еще хребта, он еще не успел образоваться. В северной части Красного моря до сих пор нет единой рифтовой щели, там есть только впадины с горячими рассолами.

Красное море еще очень молодо, но если процесс раздвижения Аравийской и Африканской плит на его дне пойдет и дальше со скоростью полтора сантиметра в год (как это происходит сейчас), то через 10—20 миллионов лет здесь будет бассейн с океанической корой шириной 300— 500 километров и срединно-океаническим хребтом на дне. По сути дела, мы присутствуем при рождении нового океана.

Так в свое время родился Мадагаскар

Для сравнения красноморского рифта с континентальным мы предприняли поездку в Эфиопию. Эфиопский рифт изучается уже давно геологами многих стран. Геолог В. И. Казьмин долгие годы работает в Эфиопии, составил геологическую карту этой страны. Он и был нашим гидом в этой поездке.

Эфиопский рифт по своей форме близок к океаническим рифтам. Но только по форме. Различие в том, что Эфиопский рифт подстилается континентальной корой. Вместо базальтов здесь изливаются риолиты — породы, богатые кремнекислотой. Базальты тоже есть, но только в узких осевых зонах, их очень мало.

Мы видели там и гьяры — огромные трещины. Тот гьяр, у края которого мы стояли, возник всего 150 лет назад, рядом с ним произошли вулканические излияния базальтов. Гьяров на суше меньше, чем на дне морском.

Нам было очень интересно посмотреть Эфиопский рифт на севере страны, там, где он расширяется, раскрывается и переходит в Красное море. Здесь, в геологической провинции Афар, сочленяются три рифта: Эфиопский с юга, Красноморский с Севера и рифт Аденского залива — с востока. Территория провинции вся залита базальтом, возраст которого не превышает 5 миллионов лет, причем базальты «молодеют» по мере движения от краев Афара к центру. По сути дела, картина очень похожа на ту, что мы видим на дне океана в срединно-океанических хребтах. А в самом центре Афара — вулканы, среди них есть и потухшие, и действующие, видны потоки застывших лав, трещины, гьяры, горячие источники, грязевые вулканы. Очень много здесь впадин, грабенов глубиной до 400 метров с отвесными стенками. Провинция Афар — переходная зона. Это еще не океанический рифт, но уже и нетипично континентальный.

Если будет продолжаться раздвижение Аравийской и Африканской плит и Сомалийская плита будет отходить от Африки, то на месте Эфиопского рифта будет все больше расти щель и рифт этот превратится в океанический. Ведь раздвижение сопровождается понижением коры в районе рифта, и сюда устремится морская вода из Мирового океана. Примерно через 50 миллионов лет здесь будет океанический бассейн. Африканский рог отойдет на восток, и возникнет новый остров. Так в свое время образовался остров Мадагаскар. Если процесс почему-либо заглохнет (мы помним: периоды активности сменяются периодами затишья), то и создание океана замедлится.

Автор: Л. Зоненшайн, доктор геолого-минералогических наук.