CC BY
50
Вестник ДВО РАН. 2009. № б
УДК 551.2 (571.64)
О.А.МЕЛЬНИКОВ, Б.В.ЛЕВИН
Что Сахалину и Курилам грядущее готовит: ответ может дать ротационная геодинамическая модель
На основе трех главных существующих ныне геодинамических концепций, гипотез или моделей: почти общепринятой в ХХ в. фиксистской «теории геосинклиналей», наиболее популярной в настоящее время моби-листской тектоники плит и идущей ей на смену новой ультрамобилистской ротационной геодинамической — оценивается вероятностно-прогностическая роль каждой из них на примере данных по современной динамике Сахалина и Курильских островов. Следует вывод, что фиксистская теория вряд ли может рассчитывать на что-либо в будущем, а из двух мобилистских — больше шансов у ротационной, которая, возможно, заменит модель тектоники плит.
Ключевые слова: геодинамические концепции, гипотезы, модели, теория геосинклиналей, тектоника плит, ротация, ротогенез, дрифтогенез.
What does the future prepare for Sakhalin and the Kurils? A rotation geodynamic model can answer the question. O.A.MEL’NIKOV, B.W.LEVIN (Institute of Marine Geology and Geophysics, FEB RAS, Yuzhno-Sakhalinsk).
Probabilistic and prediction role of three main present-day geodynamic conceptions, hypotheses or models — nearly generally accepted in the XX century fixing «theory of geosynclinals», the most popular nowadays mobile tectonics of platforms, and a new ultra-mobile rotation geodynamic model — is estimated on the basis of data on the current dynamics of Sakhalin and Kuril Islands. A conclusion is made in the paper that the fixing model can hardly be used in future, and from two mobile models the rotation one has more chances, and it will probably substitute the model of platform tectonics.
Key words: geodynamic conceptions, hypothesis, models, theory of geosynclinals, platforms tectonics, rotation, rotogenesis, driftogenesis.
Что день (иль век) грядущий нам готовит - вопрос, интересующий едва ли ни каждого из нас. Не обошел он и науку. Во всяком случае, например в метеорологии или сейсмологии, прогноз - ближайший, краткосрочный или долгосрочный - является самой главной, животрепещущей задачей, над которой многие годы бьются целые научные коллективы во всех крупных странах мира. В какой-то мере вопрос прогноза касается и геологии - одной из самых древних, если не самой древней, наук о доме, в котором человек живет и еще долго будет жить, если что-то не заставит покинуть его.
Геология в поисках различных полезных ископаемых, например нефти и газа, из года в год составляет и совершенствует так называемые карты перспектив нефтегазоносности тех или иных районов земного шара, а то и всей Земли в целом. Вулканология - одна из отраслей геологии - пытается (иногда весьма успешно) прогнозировать очередные извержения вулканов. Возможно, несколько отстает от этого еще одна из наук геологического ряда - геодинамика. На основе гипотезы тектоники плит разрабатываются и предлагаются различные сценарии событий ближайшего и отдаленного будущего. Есть смысл взглянуть
МЕЛЬНИКОВ Олег Александрович - кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник, ЛЕВИН Борис Вульфович - член-корреспондент РАН, директор (Институт морской геологии и геофизики ДВО РАН, Южно-Сахалинск). Е-таі1: [email protected]
на это на примере Сахалино-Курильского региона с учетом современных конкретных данных и в более широких рамках, а не только в рамках исключительно тектоники плит.
Избранный регион, именуемый иногда Охотоморским, включает в себя едва ли не весь перечень наиболее важных геодинамических проблем и особенностей: положение между самыми крупными и древними активно взаимодействующими между собой объектами на Земле - Евро-Азиатским материком на западе и Тихим океаном на востоке; наличие одной из типичных островодужных систем - Курильской с Курило-Камчатским глубоководным желобом вдоль тихоокеанской стороны и Южно-Охотской глубоководной котловиной вдоль противоположной - охотоморской - стороны с высокой современной сейсмичностью и вулканизмом; о-в Сахалин в составе Сахалино-Японской островной дуги, отделяющей Охотоморский регион от аналогичного Япономорского. В конечном счете это можно свести к ответу на вопросы: куда, как и почему движутся Сахалин и Курильские острова относительно Азиатского материка и Тихого океана. Кроме того, следовало бы рассмотреть эти проблемы с точки зрения разных гипотез.
Гипотезе тектоники плит предшествовала так называемая теория геосинклиналей, наиболее полно разработанная российским геологом-тектонистом В.В.Белоусовым. Согласно его взглядам, земная кора, состоящая из толстой многослойной континентальной (гранитно-метаморфической) коры на материках и тонкой практически однослойной (базальтовой) коры в океанах, подвержена основному геосинклинальному процессу (отсюда и название гипотезы) - образованию и наращиванию континентальной коры из океанической в ограничивающих континенты геосинклинальных прогибах, где постепенно накапливающиеся в них осадки при погружении в земные глубины с высокими значениями температур и давлений превращаются в горные метаморфические породы и граниты -гранитно-метаморфический слой континентальной коры. Сопровождающее этот процесс интенсивное смятие осадков приводит к резкому увеличению их объема и образованию на месте прежнего прогиба сложного и высокого горно-складчатого сооружения, наращивающего континент.
Наряду с этим процессом, направленным на создание континентальной коры материков, идет и обратный ему подчиненный процесс - превращение коры континентальной в океаническую путем обрушения отдельных участков с континентальной корой, глубокое погружение их в подстилающую верхнюю мантию и физико-химическое преобразование гранитно-метаморфических пород в базальты - базификация, или океанизация. С этих позиций Сахалин и Курильские острова - горно-складчатые сооружения, возникшие на месте былых геосинклинальных прогибов на восточных окраинах Евро-Азиатского континента в результате преобразования океанической коры в континентальную, а смежная с Курильскими островами Южно-Охотская глубоководная котловина - обрушенный и бази-фицированный, или океанизированный, участок прежней континентальной коры. Во всех этих процессах имели место лишь вертикальные движения, направленные вниз или вверх, полностью отсутствовали горизонтальные движения, т.е. ни Сахалин, ни Курилы с момента своего возникновения никуда не двигались, находились в фиксированном положении. Очевидно, что и в будущем, согласно гипотезе фиксизма, ничего, кроме усложнения в виде новых поднятий и обрушения старых, ждать не приходится.
Почти одновременно с фиксистским направлением возникло или зародилось противоположное - мобилистское, придающее большую, фактически главную, роль горизонтальным движениям. Отправным моментом ему послужило обратившее на себя внимание вскоре после открытия Колумбом Америки поразительное сходство береговых очертаний ее восточного побережья и западного побережья Африки. Вполне естественным объяснением этому стало простое горизонтальное раздвижение этих континентов после раскола их как единого целого с образованием Атлантического океана между ними. Убедительные доказательства в поддержку этой точки зрения и общего мобилистского направления приводил немецкий геофизик Альфред Вегенер. По его мнению, все материки (континенты)
перемещаются горизонтально по подстилающей их жидкой астеносфере с общим западным дрейфом, возникающим при движении по сферической поверхности вращающейся Земли от полюсов к экватору. Островные дуги вдоль восточной окраины Евразии, включая Курилы, он предположительно и не очень убедительно объяснял простым их отставанием при западном дрейфе Евразии.
Почти единодушно встреченная в штыки, эта гипотеза в середине XX в. получила поддержку и развитие при вовлечении в детальное изучение океанов и открытия на их дне громадной по протяженности системы срединно-океанических хребтов (СОХ). В итоге на свет появилась широко известная сегодня гипотеза тектоники плит. Согласно ей, земная кора состоит из плит, континентальных и океанических, активно взаимодействующих между собой за счет горизонтальных, действующих под ними сил - подкоровых течений в подстилающей земную кору мантии с подъемом к поверхности в СОХ, наращиванием и расширением порождаемой таким образом океанической коры (так называемый спрединг) и погружением ее под окружающие континенты в глубоководных желобах, отделяющих континенты от океанов (так называемая субдукция). При этом погружении и столкновении океанической коры с континентальной происходит образование гор с новой континентальной корой, наращивающих континенты. За счет такого рода подкоровых течений создается некий конвейер: формируемая в СОХ океаническая кора, двигаясь в обе стороны от этих хребтов, подныривает под континенты, при этом превращается в кору континентальную, наращивая континенты. Применительно к рассматриваемому нами Охотоморскому региону, согласно гипотезе тектоники плит, Тихоокеанская океаническая плита, двигаясь от срединно-океанического хребта в западном направлении и подныривая под Евро-Азиат-ский континент в Курило-Камчатском глубоководном желобе, должна была бы в самом общем виде наращивать этот континент горно-складчатыми сооружениями или хотя бы перемещать те же Курильские острова в западном направлении, приближая их к Евроазиатскому континенту или Сахалину. В конечном счете, если гипотеза тектоники плит действительно работает в предполагаемом виде, Сахалин и Курильские острова должны в будущем присоединиться к Азиатскому материку. Кстати, недавно начатые измерения современных движений на Курилах и Сахалине дают основания авторам этих публикаций оценить вероятность такого рода сценария [7, 10].
Количество сторонников гипотезы тектоники плит в последние годы заметно снижается, активно критикуются ее многочисленные недостатки. Вот некоторые из них: чисто предположительный гипотетический характер подкоровых конвективных течений в твердой, по данным сейсмологии, мантии; резко асимметричное расположение островных дуг в океанах - наличие их лишь по одну сторону от срединно-океанических хребтов и полное отсутствие по другую; игнорирование ротационного режима планеты и т.д. Начались попытки поправить и усовершенствовать гипотезу тектоники плит. При учете ротационного режима планеты в тектонике, ее вращения вокруг своей оси и вокруг Солнца появилась новая гипотеза - ротационная [1-3, 5, 6, 8, 9 и др.].
Один из наиболее разработанных вариантов этой модели гласит, что она состоит из пяти относительно самостоятельных геодинамических механизмов, связанных с ротационной природой эволюции планеты [1-3, 8, 9]. В отличие от всех ранее предлагавшихся гипотез эта предполагает, что энергию для своего ротационного режима и всех пяти механизмов Земля черпает не внутри себя, а извне - из гравитационного и электромагнитного полей, активно действующих с зарождения Солнечной системы, ее планет и Земли как одной из планет. В результате действия этих полей Земля не только сформировалась как единое шарообразное тело, но оказалась расслоенной на ряд различных по вещественному составу, физическому состоянию и структуре оболочек сферической формы - геосфер, вращающихся с запада на восток с различной скоростью вокруг своих осей, как правило, с большей - у внутренних оболочек относительно смежных с ними внешних. Внутренние оболочки, вращаясь быстрее внешних, проскальзывают относительно друг друга.
"Г “Г
+ +
V V V
10
І/ \/ \/ \| X
11
12
Основные структурные элементы Охотоморского тектонического региона (по [9]). 1 - древние платформы и срединные массивы; 2-5 - разновозрастные обрамляющие орогенно-складчатые пояса: 2 - палеозойские, 3 - мезозойские; 4, 5 - положительные (орогенно-антиклинорные) структуры кайнозойского орогенно-складчатого пояса: 4 - мел-палеогеновые видоизмененно-реликтовые, 5 - плиоценовые новообразованные; 6 - депресси-онно-синклинорные структуры; 7 - новообразованные рифтогенные структуры растяжения - глубоководные котловины и впадины; 8 - Тихий океан; 9 - окраинный вал Тихого океана; 10 - Императорское вулканическое поднятие; 11 - оси глубоководных желобов; 12 - векторная геодинамическая диаграмма: Гг - ротогенез, Fd - дрифтогенез, Гг + Fd - суммарно-результатирующий вектор ротогенеза и дрифтогенеза
При наличии неровных границ у твердой внешней оболочки внутренняя, воздействуя на эти неровности, создает поле напряжений - сжатие на передней, или фронтальной, стороне обращенной вниз неровности и растяжение на противоположной, задней, или тыловой, стороне неровности. Применительно к земной коре и подстилающей ее верхней мантии быстрее вращающаяся верхняя мантия проскальзывает по разделяющей их жидкой, или пластичной, астеносфере, воздействуя на неровности земной коры, в частности на так называемые корни гор, уходящие глубоко вниз. Вполне естественно, у таких корней на внешней восточной стороне за счет быстрее вращающейся с запада на восток верхней мантии создаются напряжения сжатия, а на обратной западной стороне - напряжения растяжения. При росте таких напряжений горно-складчатое сооружение, возникшее на восточном краю материка или континента, может быть при достижении некоторого порога прочности оторвано от континента, разбито на блоки (фрагментировано) и смещено к востоку в сторону смежного с ним океана.
Подобного рода ситуация сложилась на восточном краю Азиатского континента, и характерная для него система островных дуг, включая Курильские острова и Сахалин, представлена по предлагаемой ротационной геодинамической модели фрагментами горно-складчатых поясов, оторванных от Азиатского континента и смещенных, или «перенесенных», к востоку в сторону Тихого океана. Ответственный за это геодинамический механизм именуется в модели ротогенезом. Еще один, сходный во многом с ротогенезом механизм отрыва от континентов фрагментов горно-складчатых поясов, но не в восточном, а в обращенном к экватору направлении, обусловленный действием центробежных сил на поверхности вращающихся оболочек Земли, предложено назвать дрифтогенезом. Суммарным действием двух этих процессов - ротогенеза и дрифтогенеза - лучше всего объясняются особенности строения, форма и местоположение всех островодужных систем северо-западного сегмента Тихоокеанского подвижного пояса с Сахалином и Курилами, показанных на рисунке.
Согласно рассматриваемой ротационной геодинамической модели, Сахалин и Курилы в противоположность гипотезе тектоники плит должны испытывать смещение в общем юго-восточном направлении относительно Евро-Азиатского материка, продолжая раскрытие и расширение Охотского и Японского окраинных морей и надвигание Курильских островов на дно Тихого океана. Наиболее явно и действенно такие смещение и надвигание должны проявляться во время связанных с этими объектами землетрясений. Прямым подтверждением могут служить Симуширские землетрясения 2006 и 2007 гг., в результате которых центральная часть Курильских островов сместилась примерно на 500 мм в сторону Тихого океана, причем в перпендикулярном простиранию Курильской островной дуги юго-восточном направлении [4], совпадающем с направлением результирующего вектора ротогенеза и дрифтогенеза ротационной модели применительно к Курильским островам (см. рисунок).
Таковы три вероятных сценария будущего Сахалина и Курильских островов в рамках имеющихся сегодня основных геодинамических гипотез. Судя по всему, фиксистская модель вряд ли может рассчитывать на что-то в будущем, а из двух мобилистских моделей больше шансов у ротационной модели, исходящей из действительно существующего ротационного режима нашей планеты в противоположность модели тектоники плит, игнорирующей этот режим.
ЛИТЕРАТУРА
1. Мельников О.А. Динамическая модель земной коры и ее вероятный механизм // Восточно-Азиатские островные системы (тектоника и вулканизм). Южно-Сахалинск, 1978. С. 27-32.
2. Мельников О. А. Определяющая роль основных ротационных геодинамических механизмов в естественной сейсмичности Земли // Ротационные процессы в геологии и физике. М.: КомКнига, 2007. С. 439-448.
3. Мельников О.А. Ротационный режим Земли - отправной пункт и основа численного и физического моделирования любых геологических процессов // Тектоника и геодинамика континентальной литосферы. Материалы 36 тектонического совещания. Т. 2. М.: ГЕОС, 2003. С. 40-44.
4. Тихонов И.Н., Василенко Н.Ф., Золотухин Д.Е. и др. Симуширские землетрясения и цунами 15 ноября 2006 года и 13 января 2007 года // Тихоокеан. геология. 2008. Т. 27, № 1. С. 3-17.
5. Хаин В.Е., Полетаев А.И. Ротационная тектоника Земли // Наука в России. 2007. № 6. С. 14-21.
6. Хаин В.Е., Полетаев А.Н. Ротационная тектоника: предыстория, современное состояние, перспективы развития // Ротационные процессы в геологии и физике. М.: КомКнига, 2007. С. 17-38.
7. Kogan M.G., Burgman R., Vasilenko N.F. et al. The 2000 Mw 6.8 Uglegorsk earthquake and regional plate boundary deformation of Sakhalin from geodetic datе // Geophys. Res. Lett. 2003. Vol. 30, N 3. Doi: 1102 10.1029/2002GL016399.
8. Melnikov O.A. A rotational Geospheric Dynamic Model of the Earth // Newsletter New Concepts in Global Tectonics. 1998. Pt. 1, N 3. P. 24-27; pt. 2, N 4. P 19-23; pt. 3, N 5. P. 20-25.
9. Melnikov O.A. Basic structural Elemets of the Okhotsk sea tectonic Region (Some features and geodynamic Nature) // Regularities of the Structure and Evolution of Geospheres. Vladivostok, 2005. P. 160-165.
10. Steblov G.M., Kogan M.G., Levin B.V. et al. Spatially linked asperities of the 2006-2007 great Kuril earthquakes revealed by GPS // Geophys. Res. Lett. 2008. Vol. 35, N 22. Doi: L22306 10.1029/2008GL035572.
Новые книги
Тектоника и глубинное строение востока Азии: VI Косыгинские чтения: докл. все-рос. конф., 20-23 января 2009, г. Хабаровск / под ред. А.Н.Диденко, А.А.Степашко.
Tectonics and deep structure of East Asia: 6th conference in memory of academician Yu.A.Kosygin, January 20-23, 2009, Khabarovsk / eds A.N.Didenko, А.А.Stepashko.
Хабаровск: ИТиГ им. Ю.А.Косыгина ДВО РАН, 2009. - 392 с.
- ISBN 97В-5-7442-1451-7.
Институт тектоники и геофизики имени Ю.А.Косыгина ДВО РАН
680000, Хабаровск, ул. Ким Ю Чена, 65
Fax: (4212) 22-71-89. E-mail: [email protected]
Косыгинские чтения впервые были организованы в 1995 году и проводятся с периодичностью раз в 2-3 года. В сборнике представлены материалы очередной конференции, посвященные проблемам тектоники и геодинамики литосферы, глубинному строению и сейсмотектонике востока Азии, петролого-геохимическим аспектам тектонических исследований. Особое внимание уделяется осадочным бассейнам и их углеводородному потенциалу, сейсмичности и сейсмотектонике региона, вопросам развития геоинформатики и геоэкологии. В ряде докладов обсуждаются и развиваются идеи академика Ю.А.Косыгина.
Kosygin Readings were first organized in 1995 being periodically convened once every two ог three years. ТЪе papers presented in this volume of the proceedings of the conference аге devoted to the problems of tectonics and geodynamics of the lithosphere, deep structure and seis-motectonics of East Asia, and petrological-and-geochemical aspects of tectonic investigations. Special attention is given to the sedimentary basins and their hydrocarbon potential, seismicity and seismotectonics of the region. The problems of geoinformation technologies and geoecologi-cal progress аге also considered. А number of papers discuss and develop the ideas of academician Yu.A.Kosygin.
