ОКЕАНОЛОГИЯ

Палеотечения в океане - течения в древности. Самое быстрое течение

Течения обусловлены приливами или ветрами, причем на континентальном шельфе наибольшее значение имеют первые. Тем не менее донные течения до глубины 60 м связываются с поверхностными ветрами [487].

За последние несколько лет большое внимание было уделено палеотечениям, два аспекта которых представляют специальный интерес для палеоокеанологии: I) величина течений и 2) их направление. Некоторые характеристики, полученные в результате их оценки, свидетельствуют об океанской циркуляции и рассматриваются в следующем разделе.

1. Скорость современных океанских течений может быть низкой (<20 см/с), умеренной (20—100 см/с) и высокой (>100 см/с). Скорости 20 и 100 см/с равны соответственно 0.4 и 2 узлам. Низкие скорости течений типичны для континентального шельфа и подножия, умеренные — для континентального шельфа и высокие скорости характерны для приливных течений и штормовых условий в ограниченных областях.

Предполагаемая граница между медленными и умеренными течениями (20 см/с) соответствует средней скорости, при которой на расстоянии 15 см от дна могут переноситься частицы размером менее 62,5 мкм [657] — граница размерности между песком и алевритом. Предполагаемая граница между умеренными и быстрыми течениями (100 см/с) соответствует скорости, которая необходима для эрозии осадочного материала диаметром 2 мм. Несмотря на то что абсолютные числа скорости течений являются иногда произвольными, выбор их все же имеет физическое значение и желание иметь стандарт для обычно используемых качественных терминов (медленная, умеренная и быстрая) достаточно велико, чтобы оправдать это приближение,

Геострофические течения, которые следуют за очертаниями континентального склона и подножия, характеризуются как «постоянные течения с низкой скоростью (2—20 см/с)» [381]. В более глубоких водах для семи случаев из восьми (2500 — 4600 м) прямые измерения скорости течений, выполненные на расстоянии 0 — 600 м от дна, дали значения от 6 до 12 см/с [380]. Такие же значения (<20 см'с) типичны для многих более поздних измерений силы течения в rj[y- боких частях океана. Течения на континентальном шельфе, напротив, являются более сильными и скорость их в зависимости от фазы прилива составляет около 25—100 см/с. Следовательно, в соотвегствии с условием, принимаемым здесь, течения на глубине более 200 м являются, как правило, медленными, тогда как течения континентального шельфа обычно умеренные. Эти обобщения недействительны в случае, например, воздействия на водные массы западных пограничных течений (например Гольфстрима) вплоть до глубины 1—2 км (например, плато Блейк [661]).

Быстрые течения (>100 см,с) связаны с пограничными течениями (где огромные массы воды гсострофически нагромождаются и должны течь через узкие проходы) или с приливами на мелководье (где значительные массы воды обрушиваются на мелководную область).

Широко применяются зависимости между силой течения, размером частиц и процессом размыва и осаждения (например, Ледбетгср и Джонсон [488]). Частица любого размера имеет характерную скорость осаждения. Совершенно ясно, что осаждение будет происходить в том случае, когда скорость осаждения частицы в среде больше скорости перемещения самой среды.

Скорость течения, необходимая для начала эрозии, уменьшается с уменьшением размерности осадка, но только до определенной точки. На диаграмме Ютьстрема [389], как показано на  3-8, эта точка имеет минимум для частиц диаметром 0,3 — 0,6 мм (тонкозернистый песок). Частицы размером менее 0,3 мм имеют тенденцию прилипать друг к другу под действием поверхностных сил, и для их размыва требуются значительно большие скорости, чем для их транспортировки. Этим объясняется «U-образная» форма диаграммы.

Содержание воды в тонких осадках является решающим фактором при определении скорости, необходимой для их размыва ( 3-8). Например, для того чтобы размыть глину, содержащую 90% волы. скорость течения должна быть равна 20 см/с, а для размыва i тмы с содержанием только 50 воды требуется скорость течения, равная 200 см/с.

Ситуация в любом данном месте на шельфе всегда меняется и зависит от стадии прилива и времени года, так что один и гот же осалок может отлагаться, транспортироваться или раэми ваться [544]. Наблюдаемая летопись в горных породах, которая может быть определена, исходя из размерности осадка, отражает лишь самое последнее событие, т е. отложение осадка.

Скорости течений, устанавливаемы; по размерности осадка, представляют собой минимальные значения. Так, например, если бы осадки континентальных шельфов Азии стали породами, большая час 11> региона состояла бы из глинистых сланцев, алевролитов и гонко- зернистых песчаников ( 3-9). Средние скорости приливных течений на этих шельфах в течение 50 % времени достигают, однако, скоростей, равных 70 см/с. Такая скорость вполне достаточна irm переноса тонкого материала в другие места. Этого, по-видимому, не происходит, так как материал до сих пор остается на Mecie и. вероятно, непригоден для переноса. Очевидно, что раз уж тонкий осадок отложился (при исторически различных гидрографических условиях?), он стал совсем не связанным с находящейся кыш транспортирующей средой.

Несмотря на трудности в определении силы течений, уста мил ливаемой по размерности осадка, использование диаграммы Юпип р ма для оценки палеотечений является весьма обычпым делом По вый пример, полученный во время работы в антарктических нош основан на отсутствии осадков с возрастом от 0 до 3 млн. лет в пределах области 3 х 10й км-2 между Австралией — Новой Зеландией и Антарктидой. Предполагается, что в этом регионе скорости придонных течений за период <3,5 млн. лет увеличились от <10 до > 10 см/с [892]; вследствие этого течения или размывали осадок, или препятствовали его осаждению в этот период времени.

Марганцевые и фосфоритовые конкрепии образуются очень медленно; в среднем со скоростью 1—10 мм в миллион лет; в противоположность этому скорости глубоководного осадконакопления составляют от миллиметров до сантиметров в тысячу лет [478]. Следовательно, конкреции могли образовываться только в том случае, если осадок не отлагался в таких количествах, которые засыпали бы конкреционные образования В глубоководных частях Тихого океана течения со скоростями < 10 см/с дают возможность осаждаться известковому материалу. Течения со скоростью >10—15 см/с препятствуют такому осадконакоплению и вследствие этого позволяют образовываться марганцевым конкрециям [450].

Будет ли вода насыщаться кислородом или останется бескислородной зависит от силы течений. В то же время при отсутствии течений вода застаивается, поэтому недостаток циркуляции является одной из причин, в результате которой котловины становятся бескислородными. В бескислородных условиях бактерии в присутствии органического вещества преобразовывают сульфат в сульфид железа. Пирит аккумулировался в Японском море в периоды оледенения [469] в результате образования порога, препятствующего циркуляции с открытым океаном.

В море, где уклон дна является очень пологим, энергия теоретически способна диссипироваться таким образом, что волны никогда не будут иметь прибоя. Вследствие этого одиночная волна высотой 2 м диссипировала бы свою общую энергию на постепенно мелеющем отрезке дна длиной 12 км ( 3-2). При таких условиях волны не могли оказывать заметного воздействия на береговые осадки. Проявление деятельности волн имеет большое значение, так как свидетельствует о том. насколько экстремальными должны быть условия до того момента, когда энергия волны станет незначительным фактором при сортировке осадка. Такие условия, вероятно, никогда не были распространены в геологическом прошлом.

Течения в мелководных морях могут быть особенно чувствительны к барометрическим условиям, таким, например, которые существуют вдоль западного берега озера Мичиган и побережья Техасского залива. Фокс и Дэвис ([299] и более ранние работы) сообщили, что при приближении к берегу области низкого давления барометрическое давление падает и происходит увеличение скорости ветра, высоты прибоя и скорости вдольберегового течения. Когда область низкого давления покидает побережье, барометрическое давление поднимается и направления ветра и вдольбереговых течений меняются на обратные. В соответствии с этим происходит перемещение во взаимно проз ивоположных направлениях песчаных баров на берегу. Если учесть этот пример и непрерывно меняющуюся погоду, то кажется вполне вероятным, что ветровые течения, реагирующие на барометрическое давление, были, по-видимому, важным процессом, изо дня в день перемещавшим осадки в древних морях.

2. Свидетельства направления течений достаточно многочисленны, и по ним можно установить характер придонных течений во всей котловине или на континентальной окраине [659]. Для этого используются критерии как биогенного (любое удлиненное ископаемое соответствует некоторым условиям течения), так и осадочного происхождения (главным образом косая слоистость, знаки ряби, турбидитовые текстуры и строение осадка).

В мелководных областях на палеотечения влиять сток с суши, ветер, приливы и океанские течения. Таким образом, нет необходимости выявлять зависимость между направлением придонных течений и палеоскдоном. Только при анализе данных по крупному региону может быть расшифрована значимость показателей течений.

Раковины, ориентировка которых определяется волнами, можно отличить от раковин, ориентируемых течениями ( 3TG). Поток в одном направлении типичен для течений и приводит в результате к одинаковой ориентировке раковин и друтих показателей течения (т. е. они направлены по течению). В противоположность предметам, ориентированным течениями, ориентированные волнением раковины и т. п. обнаруживают два максимума, каждый из которых расположен под углом 180° к другому и перпендикулярно к каждому из направлений перемещения волн. Такой характер ориентировок, образовавшихся при течении и волнении, подтверждается полевыми и лабораторными экспериментами и установлен также при изучении стратиграфии [599]. Как и ожидалось, материал, ориентированный волнами, типичен для отложений мелководья, но не для глубоководных отложений [427].

Подводя итог, скажем, что течения медленные (<20 см/с), умеренные (20—100 см/с) и быстрые (>100 см/с) характеризуют соответственно I) континентальный склон и более глубокие регионы.