Третий слой океана

Российская наука способна внести решающий вклад в глобальную проблему аккреции океанической литосферы
 

Отчетливо сознавая, что в своем отечестве пророка быть не может, я тем не менее хотел бы сделать прогноз, касающийся науки о Земле, и специально — глобальной проблемы аккреции океанической литосферы. Более 40 лет существует разработанная западной наукой схема, согласно которой современная океаническая литосфера и ее древний аналог — офиолиты — зарождаются в зонах спрединга, т.е. расширения океанического дна в срединно-океанических хребтах (СОХ) и им подобных. Схема стала глобальной парадигмой. Однако в этой, казалось бы, незыблемой области назревает некая революционная ситуация, о которой большинство российских и западных исследователей не подозревает. Как ни странно, на этот раз ключом к решению назревающей проблемы располагает отечественная наука. Я попытаюсь это показать.
 

Магматические камеры

Согласно схеме (рис.1), в осевой зоне СОХ на твердом мантийном фундаменте возникает гигантская стационарная магматическая камера, в которой путем фракционной кристаллизации базальтовой магмы и накопления кристаллов образуются расслоенные габбро (кумуляты).

Рис. 1. Принципиальная каноническая схема образования океанического разреза и офиолитовой ассоциации (по Parrot, Ricou, 1976).

По мере спрединга они удаляются от хребта и формируют третий сейсмический слой океана мощностью до 4–6 км. Если исходить из схемы, в современных СОХ под вторым сейсмическим слоем (дайки, лавы) должны существовать гигантские современные магматические камеры. Однако сейсмическая аппаратура высокого разрешения таковых не обнаруживает. Многолетним изучением «магматического резервуара» на Восточно-Тихоокеанском поднятии идентифицированы лишь ничтожные скопления базальтовой магмы — фидеры (питающие каналы) дайкового комплекса. В наземных офиолитовых комплексах граница габбро-дайки выглядит как граница двух твердых сред, осложненная дислокациями, дифференциальными движениями, магматическими внедрениями, проникновением морской воды и явлениями частичного плавления. Отсюда: нет надежных доказательств того, что магматические камеры существовали в центрах современного и древнего спрединга. Мировая петрологическая мысль не может смириться с таким выводом. Исследователи готовы признать, что большая часть кумулятов испытала пластическое течение. Предлагается модель «габбрового ледника» — растекающейся от хребта массы почти стопроцентно кристаллических кумулятов («кристаллической каши»). Понятие магматической камеры — база кумулятивной идеи — становится чисто умозрительной и даже мистической категорией.
 

Кумуляты

Кумуляты (полосатые, или расслоенные габбро) принято считать результатом гравитационной или динамической сепарации минералов в магматической жидкости. Однако возможен полностью альтернативный подход к трактовке расслоенности. Для уральских объектов 30 лет тому назад (А.А. Ефимов // Геотектоника. 1977, № 1) было показано, что в полосатых габбро запечатлено высокотемпературное твердопластичное течение. Микрозондовые исследования не подтверждают существования двух постулируемых поколений кристаллов — кумулятивного и интеркумулятивного. Распределение весьма информативного для габбро элемента — стронция — в расслоенных породах резко противоречит предсказаниям кумулятивной модели, но находит корректное термодинамическое объяснение, сводящееся к тому, что расслоенные серии представляли собой эквипотенциальные системы, слои в которых образовались единовременно, но не последовательно (А.А. Ефимов, Т.А. Потапова // Геохимия, 2003, № 8). Еще одним мощным фактором возникновения расслоенности является метаморфическая дифференциация — миграция вещества в кристаллической фазе по градиенту химического потенциала. Таким образом, расслоенность можно считать результатом двух синхронных процессов: высокотемпературного пластического течения и метаморфической дифференциации в условиях эквипотенциальных термодинамических систем. Отсюда следует, что полосатые габбро, считающиеся кумулятами, таковыми не являются.
 

Некоторые выводы

Итак, целый ряд независимых доказательств (в том числе известные более 90 лет, но обычно игнорируемые экспериментальные данные, запрещающие магматический генезис оливин-анортитового габбро — троктолита) позволяют считать, что в третьем слое океана и в офиолитовых габбро записан процесс, протекаюший в твердом веществе и в условиях особой минеральной фации, сочетающей высокие температуры и низкие давления (А.А. Ефимов. Габбро-гипербазитовые комплексы Урала и проблема офиолитов. М., Наука, 1984). Единственно возможная геодинамическая ячейка с такими условиями — сектор аномальной верхней мантии СОХ до глубин в 20–25 км. Здесь существует восходящий мантийный поток, связанный с глубинной конвекцией, здесь имеют место интрузии и излияния базальтовой магмы, и именно здесь же возникает третий слой. Вещество габбро, приходящее сюда кристаллическим и горячим, может появиться, конечно же, только из верхней мантии. Что это за вещество?
 

Проблема габбро

Достоверный факт присутствия в верхней мантии высокобарических базитов — эклогитов — позволяет задать очень важный вопрос: почему в схеме никогда не рассматривается их судьба в зонах спрединга, где они должны подниматься вверх вместе с истощенным перидотитом и базальтовыми выплавками? Декомпрессия эклогита, т.е. переход эклогит –> габбро, может дать широкий спектр габбровых пород. В редко встречающихся эклогит-лерцолитовых комплексах (так называемых орогенных лерцолитах) установлен ряд от эклогита до оливинового габбро, указывающий на то, что переход эклогит –> габбро в природе существует. Рециклингу твердого базитового вещества в верхней мантии ничто не может препятствовать: плотность эклогита поначалу близка к плотности перидотита, а затем резко уменьшается с появлением плагиоклаза, т.е. с переходом в габбро. Инверсия плотности и, следовательно, нарушение гравитационной устойчивости на глубинах 20–25 км и менее неизбежно вызовет всплывание габбровых сегрегаций в магнезиальном перидотите и их концентрацию в осевой зоне СОХ. Гравитационная сепарация в твердой среде с реологическими свойствами вязкой жидкости должна привести, в конечном счете, к образованию глобального третьего слоя.
 

Перспективы

Такова в общих чертах предлагаемая мною альтернативная модель аккреции океанической литосферы (А.А. Ефимов // Литосфера, 2002, № 2). Согласно ей, разрез литосферы СОХ состоит из двух химически различных, но структурно и фациально единых мантийных слоев (перидотитового и габбрового) и вулканического слоя (базальтовые дайки, лавы), отделенного от двух первых резким геологическим и термодинамическим разделом — поверхностью конвекционной ячейки зоны спрединга, которая одновременно является границей между хрупкой и пластичной реологическими зонами океанической литосферы (рис. 2).

Рис.2. Наглядная схема эволюции вещества мантии при его подъеме в зоне спрединга, принципиально отличающаяся от существующей канонической схемы (см. рис. 1) отсутствием гигантской осевой магматической камеры.

 Моя концепция может быть проверена, и есть два направления такой проверки.
 

Первое — детальное изучение того, что принимается за древние магматические камеры в офиолитах, и в первую очередь — зоны сочленения габбро с дайками. Второе — более радикальное: вскрыть буровой скважиной границу второго и третьего слоев в современном океане — задача, технически вполне осуществимая. Однако я полагал (А.А. Ефимов // Фундаментальные исследования океанов и морей. Кн. 1. М., Наука, 2006), что ее выполнение в обозримом будущем маловероятно, и не столько из-за больших затрат, сколько из-за неготовности мирового научного сообщества к восприятию новой радикальной идеи. К счастью, мой пессимизм не оправдался. В последнее время стало известно, что цель, казавшаяся недостижимой в течение 40 лет океанского бурения, достигнута. Скважина 1256D международной программы IODP, пробуренная в Тихом океане на глубине 1500 м вскрыла границу второго и третьего сейсмических слоев в ненарушенной юной океанической коре. Переход «2/3» находится ниже забоя скважины, и геологический смысл этого сейсмического раздела пока недостаточно ясен. Авторы проекта углубления скважины 1256D с объявленной целью «Проверка фундаментальных парадигм образования океанической литосферы» считают, что в ближайшее время будут получены результаты исключительной важности.
 

Заключение

Своеобразие момента состоит в том, что на сей раз ключом к решению глобальной проблемы располагает, весьма возможно, только российская наука. Мы могли бы инициировать мировую дискуссию и принять в ней активное участие. И будет непростительной ошибкой, если такая возможность будет упущена.
 

Через какое-то время западные исследователи поймут, что расслоенность габбро символизирует не фракционную кристаллизацию, а нечто другое. Некоторые из них находятся на полпути к этому выводу, но пытаются примирить новые факты с господствующей кумулятивной догмой. Сделать следующий логический шаг — допустить немагматическую природу океанических габбро — без предварительной подготовки для них вещь почти немыслимая. Это означает, что наша наука имеет время высказаться. Если мы не хотим лишь пересказывать мировые достижения, как это было хотя бы в случае с океанами и офиолитами в 1970-е годы, следует отнестись к обрисованной картине серьезно. Лед уже тронулся! Западные ученые неизбежно придут к выводам, к которым мы пришли много раньше, но не были услышаны по разным причинам. Но это будут уже западные выводы.
Последствия дискуссии, которая может последовать после углубления скважины 1256D, могут быть драматическими. Пересмотр современной океанической парадигмы может повлечь за собой ревизию учения о расслоенных интрузиях, неизбежно затронет проблему анортозитов древних щитов, проблему габбровой коры Луны, а в конечном счете — фундамент современной глобальной и планетарной петрологии. Отсюда следует, что проблема третьего слоя современных и древних океанов становится в некотором роде вопросом национального престижа и приоритета.
 

А. ЕФИМОВ,
 

Океанское буровое судно «Джойдес Резолюшн» (D/S JOIDES Resolution) программы IODP.