ГЛОБАЛЬНЫЕ ТРАНСГРЕССИИ И РЕГРЕССИИ МОРЯ В ИСТОРИИ ЗЕМЛИ. ИХ ВОЗМОЖНЫЕ ПРИЧИНЫ - Студенческий научный форум

XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

ГЛОБАЛЬНЫЕ ТРАНСГРЕССИИ И РЕГРЕССИИ МОРЯ В ИСТОРИИ ЗЕМЛИ. ИХ ВОЗМОЖНЫЕ ПРИЧИНЫ

Шипилова Е.Ю. 1
1Северный Арктический Федеральный университет им.Ломоносова
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Показано, что трансгрессии и регрессии являются непосредственными участниками тектонических активизаций Земли. Они происходят в результате периодической разрядки глобального поля ротационных напряжений в тектоносфере и подчиняются основным пространственно-временным закономерностям формирования тектонических структур в земной коре.

Трансгрессия - процесс наступания моря на сушу, происходящий в большинстве случаев в результате опускания суши (реже вследствие поднятия уровня океана). Слагается из ряда менее продолжительных наступаний и отступаний моря, при преобладании первых. Разрез отложений, которые образуются при трансгрессии характеризуется в целом сменой снизу вверх мелководных фаций более глубоководными. Процесс, противоположный трансгрессии, называется регрессией.

Регрессия - медленное ("вековое") отступание моря от берегов, происходящее вследствие поднятия суши, опускания океанического дна или уменьшения объема воды в океаническом бассейне (напр., во время ледниковых эпох). Регрессии неоднократно происходили на протяжении геологической истории, совпадая с эпохами горообразования. Современная геологическая эпоха - время регрессии, связанной с альпийским горообразованием.

Трансгрессии и регрессии помогают исследователям при структурно-фациальном анализе, помогают при анализе геологической карты на предмет полезных ископаемых и выделении определенной аккумуляции или закономерности в их распространении.

История развития учений о трасгрессии и регрессии моря.

Проблема мировых трансгрессий и регрессий. Несмотря на обилие литературы, посвященной проблеме мировых трансгрессий и регрессий, до сих пор вопрос об их причине остается открытым; более того – нет единых мнений о пространственно-временных закономерностях проявления этих процессов. Многие ведущие геологи разделяют мнение о существовании мировых трансгрессий и регрессий, первоначальное представление о которых состояло в том, что в истории геологического развития Земли происходило повсеместное опускание материков в одни геологические эпохи и поднятие – в другие. Г. Штилле в начале XX века одним из первых на основании установленных им тенденций в изменении морского режима в одно и то же время в удаленных частях Земли пришел к выводу об одновременной и одинаковой направленности движений твердого остова Земли. Н.М. Страхов [3] проблему трансгрессий и регрессий изучал путем анализа тесно связанной с ними закономерности осадкообразования на палеогеографических и структурно-фациальных картах. Результаты этого анализа изображены на рис. 1 в виде так называемой эпейрограммы. По ординате нанесены геологические периоды, а по абсциссе против каждого момента отложены отрезки, пропорциональные площади осадкообразования. Кривая изменения площади осадконакопления дает наглядное представление последовательных расширений и сокращений площади осадконакопления в истории Земли. Поскольку Н.М. Страхов довольно детально рассматривает пространственно-временные закономерности трансгрессий и регрессий в послеальгонкское время, необходимые для дальнейшего изложения, приведем их, по возможности, полно [3].

Рисунок 1 - изменения площадей осадкообразования в послеальгонкской истории со временных континентов (волны трансгрессий и регрессий); черные кружки – орогенические фазы разной силы

2 трансгререссии и регрессии в формировании водной акватории.

С конца альгонка по настоящий момент существовало, по крайней мере, 12–13 крупных трансгрессий супраконтинентального осадконакопления, разделенных таким же количеством промежуточных моментов, когда осадконакопление, напротив, резко сокращалось, регрессировало. Реально эти трансгрессии и регрессии осадочного процесса осуществлялись, прежде всего, как трансгрессии моря, усиленные или ослабленные расширениями площадей континентального осадкообразования. Таковы трансгрессионные волны – нижне и среднедокембрийская, ордовикская, готландская, средневерхнедевонская, динанская и т.д. вплоть до неогеновой, в каледонском этапе различаются всего три крупные волны трансгрессии, в герцинском – четыре пять и столько же в альпийском.

Каждая из 12–13 послеальгонкских трансгрессий осадочного процесса представляет собой длительное, сложное и индивидуальное явление. Абсолютная длительность каждой волны измерялось обычно десятками миллионов лет (20–25 млн.). Сам ход трансгрессий был очень сложным: на разных участках блока максимум их достигался не одновременно, а самое расширение часто шло с остановками, как бы толчками, прерываясь даже местными и временными регрессиями, сокращениями ареалов седиментации.

В последовательности трансгрессий внутри каледонского, герцинского и альпийского этапов много сходных черт, хотя, конечно, нет тождества. Каждый этап начинается эпохой – длительностью 10–20 млн. лет – минимальной площадью осадконакопления, ограниченной целиком или в совершенно подавляющей части геосинклинальными зонами. Таковы эпохи начала кембрия, нижнего девона, триаса+лейаса. Далее следует продолжительный средний отрезок каждого этапа (100–120 млн. лет) с тремя или четырьмя крупными погружениями и соответственно расширениями ареала осадкообразования.

В каледонское время – это нижне и среднекембрийская, ордовикская и готландская трансгрессии; в герцинском этапе – средневерхнедевонская, нижнекарбоновая, верхнекарбоновая, нижнепермская (?) трансгрессии; в альпийском этапе – средневерхнеюрская, верхнемеловая, палеогеновая трансгрессии. Более или менее синхронно с этими морскими трансгрессиями возникали или расширялись ареалы континентального осадконакопления; характерно, что эпохи трансгрессии разделяются гораздо более, по-видимому, кратковременными моментами резко выраженных и весьма широко распространенных регрессий, с которыми хронологически совпадают более или менее крупные орогенические фазы в отдельных, иногда многочисленных и далеко друг от друга удаленных, частях геосинклиналей. Конец каждого тектонического этапа, последние 20–30 млн. лет (?) характеризуются воздыманием сформированных складчатых структур и постепенным превращением их из областей осадконакопления в ареалы размыва и денудации. Одновременно море уходит с некоторыми второстепенными колебаниями с платформенных участков, и осадконакопление ограничивается на них лишь небольшими районами по соседству с возникшими складчатыми сооружениями.

3 причины возникновения трасгрессии и регрессии.

Изучая пространственное размещение трансгрессий, нетрудно установить, что внутри каждого этапа волны трансгрессий заливают географически в общем близкие участки континентального блока. При переходе же от одного этапа к другому размещение трансгрессивных макроволн существенно меняется.

Несмотря на территориально резко неодинаковые проявления, моменты резкого расширения (или сокращения) осадконакопления на платформах и геосинклинальных зонах хронологически совпадают в переделах, конечно, точности геологического летоисчисления. Это обстоятельство отражает общеизвестное правило синхроничности колебаний геосинклиналей и платформ, установленное А.Д. Архангельским в 1923 г. В ряде случаев намечаются некоторые отклонения: движения платформы несколько запаздывают сравнительно с движениями геосинклиналей. Но эти незначительные отклонения не нарушают общего правила. Суммируя приведенные выше результаты исследований в области проблемы трансгрессий и регрессий на Земле, можно сделать следующие выводы. Н.М. Страховым на основании результатов анализа палеогеографических и структурно-фациальных карт установлены основные пространственно-временные закономерности протекания трансгрессий и регрессий в истории развития Земли. Эти закономерности оказались несколько сложнее первоначальных представлений о них, в частности, это касается их периодичности. Но поскольку установленные закономерности основаны на анализе фактических геологических данных, то их вполне можно использовать для выяснения генетической природы изучаемых явлений. Проблема мировых трансгрессий и регрессий активно обсуждалась в советской литературе: Н.М. Страхов (1938, 1949), В.Е. Хаин (1939), В.В. Белоусов (1940, 1948), В.Д. Наливкин (1962), Г.Ф. Лунсгергаузен (1963), А.Я. Яншин (1973) и др. Общим для большинства перечисленных исследователей является признание реальности существования явлений трансгрессий и регрессий в истории геологического развития Земли и их тесной взаимосвязи с этапами ее тектонических активизаций. При этом все они особо подчеркивают, что главные волны трансгрессий и регрессий, имеющие периоды порядка 200±20 млн. лет, в фанерозое соответствуют каледонскому, герцинскому и альпийскому циклам тектонической активности Земли.

Исключение составляют только представления академика А.Л. Яншина, который на основании анализа довольно представительных атласов палеогеографических карт различных регионов мира и, в первую очередь, атласа литолого-палеогеографических карт СССР в масштабе 1:7500000 (под общей редакцией А.П. Виноградова, 1969) с раннего кембрия по голоцен, пришел к выводу, резко контрастирующему с представлениями остальных авторов.

А.Л. Яншин делает такой вывод. «Кривые, построенные для разных частей суши нашей планеты по палеогеографическим картам, показывают, что сама идея эта надумана и совершенно неверна, что никаких мировых трансгрессий и регрессий, несмотря на всю посвященную им громадную литературу, в действительности не было, что ход поднятий и опусканий различных крупных площадей земной поверхности совершенно различен, что споры о количестве мировых трансгрессий и регрессий с начала кембрия не более содержательны, чем споры средневековых схоластов о количестве ангелов, которые могут уместиться на конце иголки» [8, стр. 27]. Главным аргументом, на основании которого А.Л. Яншиным сделан столь категоричный вывод, противоречащий представлениям других исследователей, послужили факты несовпадения трансгрессий (регрессий) в одни и те же геологические эпохи в разных сегментах Земли.

Рисунок 2- Кривые трансгрессий и регрессий крупных регионов [8]: 1 – западная часть СССР; 2 – восточная часть СССР; 3 – Северная Америка; 4 – Южная Америка; 5 – Япония; 6 – Австралия

Поскольку этот вывод сделан по сути дела на однотипных исходных материалах, попробуем разобраться с ним внимательнее, используя при этом результаты исследований именно А.Л. Яншина, приведенные в работе [8], а также ранее опубликованные результаты наших исследований [1,2,6], которые кратко сводятся к следующему:

1. Движущей силой любых тектонических преобразований Земли является глобальное поле напряжений, возникающее в результате изменения ее ротационного режима.

2. Основной вклад в накопление ротационных напряжений в тектоносфере Земли вносит изменение положения оси ее вращения. Эти напряжения на два порядка выше напряжений, обусловленных вариациями угловой скорости вращения Земли и могут достигать значений, превышающих предел прочности пород тектоносферы (107 Па), а их разрядка приводит к тектоническим активизациям.

3. Известные в фанерозое тектонические активизации (каледонская, герцинская и альпийская) соответствуют эпохам, для которых характерны максимальные скорости перемещения полюсов по поверхности Земли. Эти эпохи наблюдаются через интервалы времени порядка (200±20)106 лет, соответствующие галактическому году. Фазам тектонических активизаций соответствуют эпохи, характеризующиеся локальными максимумами скорости перемещения полюсов по поверхности Земли. Продолжительность этих эпох составляет первые десятки млн. лет (см. подробнее [6]).

Всякое изменение ротационного режима Земли неизбежно приводит к деформации ее фигуры, которая стремится принять равновесное состояние, соответствующее новым условиям ротационного режима. Можно считать, что в геологическом масштабе времени параметры земного эллипсоида в каждую эпоху будут соответствовать присущему ей ротационному режиму Земли. Ранее показано [5], что перемещение оси вращения Земли относительно геоида влечет за собой изменение напряженного состояния тектоносферы: в двух диаметрально противоположных квадрантах возникают зоны сжатия, а в двух других – зоны растяжения. В данном случае подчеркнем, что земная кора, вместе с присущими ей водными бассейнами, является непосредственным участником этого процесса. Деформация земной

коры происходит так, чтобы ее поверхность оказалась максимально близкой с поверхностью нового геоида. Водные массы, обладая максимальной подвижностью, способствуют аппроксимации этих поверхностей. При этом оказывается, что в зонах сжатия наблюдаются преимущественно восходящие движения. Им сопутствует отток водных масс. В зонах растяжения имеют место преимущественно нисходящие движения, образующие структуры геосинклинального типа. Они заполняются водными массами вместе с сопутствующими им терригенными образованиями из районов зон сжатия. Такова природа трансгрессий и регрессий в земной коре. Следовательно, можно констатировать, что трансгрессии и регрессии на Земле осуществляются в результате совокупного изменения двух параметров: эвстатического уровня Мирового океана и деформации поверхности его дна. Эвстатический уровень Мирового океана соответствует поверхности геоида, которая определяется ротационным режимом Земли, присущим рассматриваемой эпохе. Механизм деформации приповерхностной части тектоносферы довольно подробно изложен в учебнике [5]. Добавим к изложенному выше, что каждой фазе тектонической активизации Земли соответствуют определенные волны трансгрессий и регрессий, а суммарный эффект этих явлений в течение тектонической эры (≈ 200 млн. лет) определяет мировые трансгрессии и регрессии.

Возвращаясь к оценке вывода А.Л. Яншина об отрицании мировых трансгрессий и регрессий на Земле, отметим следующее А.Л. Яншин прав, отрицая существование мировых трансгрессий и регрессий, соответствующих первоначальным представлениям о них, как о повсеместном опускании материков в одни геологические эпохи и поднятии – в другие, вытекавшим из господствовавшей в прошлом веке концепции тектонического развития Земли под действием внутриземных сил, обусловленных спонтанно протекающими в ней физико-химическими процессами. С позиций количественно обоснованной Новой ротационной гипотезы структурообразования наличие явлений трансгрессий и регрессий и их циклический характер сомнений не вызывают. Более того, трансгрессии и регрессии являются неотъемлемой частью процесса деформации тектоносферы в соответствующие эпохи ее тектонических активизаций и подчиняются тем же самым

Пространственно-временным закономерностям. Прямым доказательством справедливости последнего тезиса является практически единодушное утверждение всех исследователей, занимавшихся этой проблемой, о тесной взаимосвязи трансгрессий и регрессий с конкретными эпохами тектонических активизаций земли.

4. Роль трансгрессий и регрессий в формировании мирового океана.

Проблема происхождения океанов с позиции Новой ротационной гипотезы структурообразования рассматривалась в статье [4]. В данном случае, по-видимому, целесообразно сделать ряд дополнений, связанных с участием в процессе океанообразования явлений трансгрессий и регрессий (с учетом представлений Г. Штилле), а также – ряда других известных особенностей океанов. Г. Штилле [7] подразделяет все глубоководные океаны на две группы: праокеаны и неоокеаны, относя к первой группе те, которые существовали до альгонкского периода, а ко второй – те, которые возникли позднее.

Прототипом праокенов он считает Тихий океан, прототипом неоокеанов – Индийский, а Атлантический океан он относит к смешанному типу. Схема их расположения показана на рис. 3.

Рисунок 3 - Континенты и соответствующие Мировые океаны [7].

По автору стрелки указывают предположительное направление перемещения сиалических масс земной коры; по нашим представлениям – они соответствуют направлению пространственного перемещения поля ротационных напряжений в тектоносфере Земли

На рисунке видно, что океаны представляют последовательный широтный ряд: древнейшим из них Г. Штилле считает Тихий океан, Атлантический – среднего возраста, а Индийский – самым молодым. Представляется, что формирование океанических структур происходило по схеме, вполне аналогичной той, которая описана выше для локальных структур геосинклинального типа. Разница заключается только в том, что формирование океанических структур под действием разрядки циклической компоненты поле ротационных напряжений с самым большим периодом, соответствующим продолжительности тектонической эры (≈ 200 млн. лет).

Непременным участником формирования океанической структуры являются мировые трансгрессии, в результате которых заполняются водой пониженные места твердого ложа океанической структуры. Из изложенного выше становится ясным, что пространственно-временные закономерности формирования океанических структур и оценка роли в них явлений трансгрессии и регрессии одинаково сложны, т.к. и те и другие определяются результатами совокупного действия циклических компонент разного порядка. В этой связи трудность определения времени начала формирования океанического ложа заключается в том, что размеры сегментов земной коры, в которых наблюдаются активные процессы ее деформации в одну

тектоническую эру, оказываются соизмеримыми или даже большими размера современных океанов, а в разные тектонические эры – пересекаются между собой. Следовательно, начало формирования ложа океана может быть связано не с эрой, в течение которой происходило накопление основного объема водной массы, а с предыдущей. Кроме того, сам процесс накопления водных масс (мировая трансгрессия) происходит в виде отдельных волн, соответствующих отдельным фазам тектонической эры. Проще оказывается определить тектоническую эру, во время которой происходило образование основного контура, близкого к настоящему.

В соответствии с нашими представлениями все мировые океаны сформировались в фанерозое: начало образования самого древнего из них – Тихого – возможно относится к альгонкской тектонической эре, а основной этап формирования Тихого океана с контурами, близкими к современным, происходил в каледонскую тектоническую эру; начало образования Атлантического океана возможно относится к каледонскому времени, а основной этап его формирования проходил в герцинскую тектоническую эру. Начало образования Индийского океана возможно относится к герцинскому, а основной этап его формирования соответствует альпийской тектонической эре.

Особенности рассматриваемых океанов в виде внутренних и окраинных морей безусловно связаны с фазами активизаций основных эр формирования океанической структуры или с предшествующими.

Касаясь закономерности пространственно-временного расположения, нельзя не отметить их широтную, точнее субширотную последовательность расположения в направлении, противоположном вращению Земли. Эта закономерность соответствует направлению пространственного изменения поля ротационных напряжений в тектоносфере Земли во времени.

Исходя из того, что сущность явлений трансгрессий и регрессий непосредственно связана с понятием эвстатического уровня Мирового океана. Поскольку в фанерозойский этап геологического развития Земли неизвестны физико-химические процессы планетарного масштаба, связанные с активным выделением или поглощением воды, то общий объем водной массы на Земле считают более или менее постоянным, а наблюдаемые изменения эвстатического уровня Мирового океана исследователи обычно связывают с процессами перехода некоторой части воды в лед и обратно. В связи с этим, заключения об определенном постоянстве эвстатического уровня Мирового океана кажутся вполне логичными. Эвстатический уровень Мирового океана определяется формой геоида в соответствующую геологическую эпоху. Справедливости ради следует сказать, что аналогичные представления предлагались сторонниками планетарного развития Земли (Ли Сыгуан, М.В. Стовас и др.) еще в прошлом веке, но, к сожалению, их предложения оказались не услышаными.

Изменение эвстатического уровня Мирового океана определяется двумя факторами:

• Новой формой геоида в рассматриваемую геологическую эпоху, определяемой преимущественно новым положением оси вращения Земли;

• Новой формой деформированного ложа океана, возникшей в результате разрядки соответствующего поля ротационных напряжений в рассматриваемую тектоническую эпоху.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Довбнич М.М. Влияние вариаций ротационного режима Земли и лунно-солнечных приливов на напряженное состояние тектоносферы // Доповіді НАН України. – 2007. – №11. – С. 105–112.

2. Довбнич М.М. Оценка влияния космогонических факторов на напряженное состояние тектоносферы // Науковий Вісник Національного гірничого університету. – 2007. – № 4. – С. 34–42.

3. Страхов Н.М. О периодичности и необратимости эволюции осадкообразования в истории Земли // Изв. АН СССР. Сер. Геологическая. –1949. – №6. – С. 70–77.

4. Тяпкин К.Ф. Происхождение океанов с позиции ротационной гипотезы структурообразования // Доповіді НАН України. – 1995. – №12. – С.76–79.

5. Тяпкин К.Ф. Физика Земли: Учебник. – К.: Вища шк., 1998. – 312 с.

6. Тяпкин К.Ф., Довбнич М.М. О напряжениях, возникающих в тектоносфере в результате изменения ротационного режима упруговязкой Земли // Геофизический журнал. – 2002. – № 2. – С. 52–60.

7. Штиле Г. Некоторые данные и соображения и мировых океанах и обрамляющих их районах // Избранные труды. – М.: Мир, 1964. – С. 864–885.

8. Яншин А.Л. О так называемых мировых трансгрессиях и регрессиях // Бюллетень Моск. общест. испыт. природ. Отдел геолог. – 1973. – №2. – С. 9–45.

Просмотров работы: 105