Древний исчезнувший океан Тетис

Еще Леонардо да Винчи нашел окаменелые ра­ковины морских организмов на вершинах Альпийских гор и пришел к выводу, что на месте высочайших хребтов Альп раньше было море. Позднее морские окаменелости были найдены не только в Альпах, но и в Карпатах, на Кавказе, Памире, в Гималаях. Действительно, главная горная система современности — Альпийско-Гималайский пояс — была рождена из древнего моря. В конце прошлого века стал ясен контур об­ласти, охватываемой этим морем: оно простиралось между Евразиатским материком на севере и Африкой и Индостаном на юге. Э. Зюсс, один из крупнейших геологов конца прошлого века, назвал это пространство мо­рем Тетис (в честь Фетиды, или Тетиды — морской богини).

Новый поворот в представлении о Тетисе наступил в начале текущего века, когда А. Вегенер, основоположник современной теории дрейфа кон­тинентов, сделал первую реконструкцию позднепалеозойского супермате­рика Пангеи. Как известно, он придвинул Евразию и Африку к Северной и Южной Америке, совместив их побережья и полностью закрыв Атлан­тический океан. При этом обнаружилось, что, закрывая Атлантический океан, Евразия и Африка (вместе с Индостаном) расходятся в стороны и между ними как бы возникает пустота, зияние шириной в несколько тысяч километров. Конечно, А. Вегенер сразу обратил внимание, что зияние отвечает морю Тетис, но размеры его соответствовали океаниче­ским, и следовало говорить об океане Тетис. Был очевиден вывод: по мере дрейфа континентов, по мере того, как Евразия и Африка ото­двигались от Америки, раскрывался новый океан — Атлантический и одновременно закрывался старый океан — Тетис (рис. 1). Следовательно, море Тетис — это исчезнувший океан.

Данная схематическая картина, вырисовавшаяся 70 лет назад, была подтверждена и детализирована в последние 20 лет на основе новой гео­логической концепции, широко используемой сейчас при изучении строе­ния и истории Земли,— тектоники литосферных плит. Напомним ее ос­новные положения.

Верхняя твердая оболочка Земли, или литосфера, разбита сейсмиче­скими поясами (в них концентрируется 95% землетрясений) на крупные блоки или плиты. Они охватывают материки и океанические пространства (всего сегодня существует 11 крупных плит). Литосфера имеет толщину от 50—100 км (под океаном) до 200—300 км (под континента­ми) и покоится на разогретом и размягченном слое — астеносфере, по ко­торой плиты могут перемещаться в горизонтальном направлении. В од­них активных зонах — в срединно-океанических хребтах — литосферные плиты со скоростью от 2 до 18 см/год расходятся в стороны, освобождая место для подъема вверх базальтов — вулканических пород, выплавляе­мых из мантии. Базальты, застывая, наращивают расходящиеся края плит. Процесс раздвижения плит получил название спрединга. В других активных зонах — в глубоководных желобах — литосферные плиты сбли­жаются, одна из них «ныряет» под другую, уходя вниз до глубин 600-650 км. Этот процесс погружения плит и поглощения их в мантии Земли называется субдукцией. Над зонами субдукции возникают протяженные пояса активных вулканов специфического состава (с меньшим содержа­нием кремнезема, чем в базальтах). Знаменитое огненное кольцо Тихого океана располагается строго над зонами субдукции. Катастрофические землетрясения, регистрируемые здесь же, вызываются напряжениями, необходимыми для затягивания литосферпой плиты вниз. Там, где сбли­жающиеся друг с другом плиты несут на себе континенты, не способные из-за своей легкости (или плавучести) погружаться в мантию, происхо­дит столкновение континентов и возникают горные цепи. Гималаи, например, сформировались при столкновении континентальной глыбы Индо­стана с Евразиатским материком. Скорость сближения этих двух мате­риковых плит составляет сейчас 4 см/год.

Поскольку литосферные плиты являются в первом приближении же­сткими и при своем движении не подвергаются значительным внутренним деформациям, к описанию их перемещений по земной сфере можно при­менить математический аппарат. Он не сложен и основан на теореме Л. Эйлера, согласно которой любое перемещение по сфере может быть описано как вращение вокруг оси, проходящей через центр сферы и пере­секающей ее поверхность в двух точках или полюсах. Следовательно, чтобы определить движение одной литосферной плиты относительно дру­гой достаточно знать координаты полюсов их вращения относительно друг друга и угловую скорость. Эти параметры вычисляются из значений на­правлений (азимутов) и линейных скоростей перемещений плит в кон­кретных точках. В результате впервые в геологию удалось внести коли­чественный фактор, и она из науки умозрительной и описательной стала переходить в разряд точных наук.

Сделанные выше замечания необходимы для того, чтобы читателю в дальнейшем стала ясна суть работы, проделанной совместно советскими и французскими учеными по проекту «Тетис», который осуществлялся в рамках соглашения о советско-французском сотрудничестве в области изу­чения океанов. Главной целью проекта было восстановление истории ис­чезнувшего океана Тетис. С советской стороны ответственным за работу по проекту был Институт океанологии им. П. П. Ширшова АН СССР. В исследованиях приняли участие члены-корреспонденты АН СССР А. С. Монин и А. П. Лисицын, В. Г. Казьмин, И. М. Сборщиков, Л. А. Савостии, О. Г. Сорохтин и автор настоящей статьи. Были привле­чены сотрудники других академических институтов: Д. М. Печерский (Институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта), А. Л. Книппер и М. Л. Ба­женов (Геологический институт). Большую помощь в работе оказывали сотрудники Геологического института АН ГССР (академик АН ГССР Г. А. Твалчрелидзе, Ш. А. Адамия и М. Б. Лордкипанидзе), Геологиче­ского института АН АрмССР (член-корреспондент АН АрмССР А. Т. Ас-ланян и М. И. Сатиан), геологического факультета МГУ (академик АН СССР В.: Е. Хаин, Н. В. Короновский, Н. А. Божко и О. А. |Маза-рович).

С французской стороны проект возглавлял один из основоположников теории тектоники плит К. Ле Пишон (Университет им. Пьера и Мари Кюри в Париже). В исследованиях приняли участие знатоки геологиче­ского строения и тектоники пояса Тетис: Ж. Деркур, Л.-Э. Рику, Ж. Ле-привьер и Ж. Жейсан (Университет им. Пьера и Мари Кюри), Ж.-К. Си-буэ (Центр океанографических исследований в Бресте), М. Вестфаль и Ж. П. Лауэр (Страсбургский университет), Ж. Булен (Марсельский уни­верситет), Б. Бижу-Дюваль (Государственная нефтяная компания).

Исследования включали совместные экспедиции в Альпы и Пиренеи, а затем в Крым и на Кавказ, лабораторную обработку и синтез материа­лов в Университете им. Пьера и Мари Кюри и в Институте океанологии АН СССР. Работы были начаты в 1982 г. и завершены в 1985 г. Предва­рительные результаты докладывались на XXVII сессии Международного геологического конгресса, проходившей в Москве в 1984 г. Итоги совмест­ной работы подведены в специальном выпуске международного журнала «Tectonophysics» в 1986 г. Сокращенный вариант отчета на французском языке опубликован в 1985 г. в «Bulletin societe de France», на русском языке вышла «История океана Тетис».

Советско-французский проект «Тетис» не был первой попыткой вос­становления истории этого океана. От предыдущих он отличался исполь­зованием новых, более добротных данных, значительно большей протя­женностью исследуемого региона — от Гибралтара до Памира (а не от Гибралтара до Кавказа, как было раньше), а главное, привлечением и сопоставлением материалов из различных независимых друг от друга ис­точников. Три основные группы данных анализировались и учитывались лри реконструкции океана Тетис: кинематические, палеомагнитные и гео­логические.

Кинематические данные касаются взаимных перемещений главных литосферных плит Земли. Они целиком связаны с тектоникой плит. Про­никая в глубь геологического времени и последовательно придвигая Ев­разию и Африку к Северной Америке, мы получаем относительные поло­жения Евразии и Африки и выявляем контур океана Тетис для каждого конкретного момента времени. Здесь возникает ситуация, кажущаяся парадоксальной геологу, не признающему мобилизм и тектонику плит: для того чтобы представлять события, например, на Кавказе или в Аль­пах, необходимо знать, что происходило за тысячи километров от этих районов в Атлантическом океане.

В океане мы можем надежно определить возраст базальтового основа­ния. Если мы совместим одновозрастные полосы дна, находящиеся сим­метрично по разные стороны от оси средиино-океанических хребтов, то получим параметры перемещения плит, то есть координаты полюса вращения и угол поворота. Процедура поисков параметров по наилучше­му совмещению одновозрастных полос дна сейчас хорошо разработана и выполняется на ЭВМ (серия программ имеется в Институте океаноло­гии) . Точность определения параметров очень высока (обычно доли гра­дуса дуги большого круга, то есть ошибка меньше 100 км), столь же высока и точность реконструкций бывшего положения Африки относи­тельно Евразии. Эта реконструкция служит для каждого момента геоло­гического времени тем жестким каркасом, который следует брать за ос­нову при восстановлении истории океана Тетис.

Историю движения плит в Северной Атлантике и раскрытия океана в данном месте можно разделить па два периода. В первый период, 190—80 млн. лет назад, произошел отрыв Африки от соединенных Се­верной Америки и Евразии, так называемой Лавразии. До этого раскола океан Тетис имел клиновидные очертания, расширяясь раструбом на вос­ток. Его ширина в районе Кавказа составляла 2500 км, а на траверзе Памира не менее 4500 км. В этот период Африка смещалась на восток относительно Лавразии, пройдя в общей сложности около 2200 км. Вто­рой период, начавшийся около 80 млн. лет назад и продолжающийся до наших дней, был связан с разделением Лавразии на Евразию и Север­ную Америку. В результате северный край Африки на всем своем протя­жении стал сближаться с Евразией, что в конечном счете привело к за­крытию океана Тетис.

Направления и скорости перемещения Африки относительно Евразии не оставались неизменными на протяжении мезозойской и кайнозойской эр (рис. 2). В первый период в западном сегменте (к западу от Черного моря) Африка двигалась (правда, с невысокой скоростью 0,8—0,3 см/год) на юго-восток, давая возможность раскрыться молодому океаническому бассейну между Африкой и Евразией.

80 млн. лет назад в за­падном сегменте Африка начала двигаться на север, а в новейшее время она перемещается на северо-запад по отношению к Евразии со скоростью около 1 см/год. В полном соответствии с этим находятся складчатые де­формации и рост гор в Альпах, Карпатах, Апеннинах. В восточном сег­менте (в районе Кавказа) Африка 140 млн. лет назад начала сближаться с Евразией, причем скорость сближения заметно колебалась. Ускоренное сближение (2,5—3 см/год) относится к интервалам 110—80 и 54—35 млн. лет назад. Именно в эти интервалы отмечался интенсивный вулканизм в вулканических дугах Евразиатской окраины. Замедление движения (до 1,2—11,0 см/год) приходится на интервалы 140—110 и 80—54 млн. лет назад, когда происходило растяжение в тылу вулканических дуг Ев­разиатской окраины и формировались глубоководные котловины Черного моря. Минимум скорости сближения (1 см/год) относится к 35—10 млн. лет назад. За последние 10 млн. лет в районе Кавказа скорость сближе­ния плит возросла до 2,5 см/год за счет того, что начало раскрываться Красное море, Аравийский полуостров оторвался от Африки и стал пере­мещаться на север, вдавливаясь своим выступом в край Евразии. Не слу­чайно на вершине Аравийского выступа выросли горные цепи Кавказа. Палеомагнитные данные, использовавшиеся при реконструкции океа­на Тетис, имеют своим источником измерения остаточной намагниченно­сти горных пород. Дело в том, что многие горные породы, как извержен­ные, так и осадочные, в момент своего образования намагничивались в соответствии с ориентировкой существовавшего в то время магнитного поля. Есть способы, которые позволяют снимать наслоения более позд­ней намагниченности и устанавливать, каков был первичный магнитный вектор. Он должен быть направлен на палеомагнитный полюс. Если ма­терики не дрейфуют, то все векторы будут ориентированы одинаково.

Еще в 50-х годах нашего столетия было твердо установлено, что внутри каждого, отдельно взятого материка палеомагнитные векторы действи­тельно ориентированы параллельно и, хотя вытянуты не вдоль современ­ных меридианов, направлены все же в одну точку — палеомагнитный полюс. Но выяснилось, что разным материкам, даже близлежащим, свой­ственна совершенно различная ориентировка векторов, то есть материки имеют разные палеомагнитные полюса. Это одно уже само по себе послу­жило основанием для предположения о широкомасштабном дрейфе кон­тинентов.

В поясе Тетис палеомагнитные полюса Евразии, Африки и Северной Америки также не совпадают. Например, для юрского периода палеомаг­нитные полюса имеют следующие координаты: у Евразии — 71° с. ш„ 150° в. д. (район Чукотки), у Африки — 60° с. ш., 108° з. д. (район Центральной Канады), у Северной Америки — 70° с. ш., 132° в. д. (район устья Лены). Если же взять параметры вращения плит относи­тельно друг друга и, скажем, переместить палеомагнитные полюса Афри­ки и Северной Америки вместе с этими континентами к Евразии, то об­наружится поразительное совпадение этих полюсов. Соответственно, палеомагнитные векторы всех трех континентов будут ориентированы субпараллельно и направлены в одну точку—общий палеомагнитный полюс. Такого рода сопоставление кинематических и палеомагнитных данных было проделано для всех интервалов времени, начиная со 190 млн. лет назад до современности. Всегда обнаруживалось хорошее совпаде­ние; оно, кстати, является надежным свидетельством достоверности и точности палеогеографических реконструкций.

Главные континентальные плиты — Евразия и Африка — окаймляли океан Тетис. Однако внутри океана, бесспорно, находились более мелкие континентальные или иные блоки, как сейчас, например, внутри Индий­ского океана располагается микроконтинент Мадагаскара или небольшой континентальный блок Сейшельских островов. Таким образом, внутри Тетиса были, например, Закавказский массив (территория Рионской и Куринской впадин и горной перемычки между ними), Даралагезский (Юж­но-Армянский) блок, Родопский массив на Балканах, Апулийский массив (охватывающий большую часть Апеннинского полуострова и Адриатиче­ское море). Палеомагнитные измерения внутри этих блоков являются единственными количественными данными, позволяющими судить об их положении в океане Тетис. Так, Закавказский массив располагался вбли­зи Евразиатской окраины. Небольшой Даралагезский блок имеет, как выясняется, южное происхождение и был ранее присоединен к Гондване. Апулийский массив сильно не смещался по широте относительно Африки и Евразии, зато в кайнозое был повернут против часовой стрелки почти на 30°.

Геологическая группа данных наиболее обильна, так как геологи изучают пояс гор от Альп до Кавказа уже добрых полторы сотни лет. Эта группа данных и наиболее противоречивая, поскольку к ней менее всего может быть применен количественный подход. Вместе с тем геоло­гические данные во многих случаях являются решающими: именно гео­логические объекты — горные породы и тектонические структуры — формировались в результате движения и взаимодействия литосферных плит. В поясе Тетис геологические материалы позволили установить ряд существенных черт палеоокеана Тетис.

Начнем с того, что только по распространению морских мезозойских (и кайнозойских) отложений в Альпийско-Гималайском поясе стало оче­видным существование здесь в прошлом моря или океана Тетис. Просле­живая па площади разные геологические комплексы, удается определить положение шва океана Тетис, то есть зоны, вдоль которой сошлись сво­ими краями континенты, обрамлявшие Тетис. Ключевое значение имеют выходы на поверхность пород так называемого офиолитового комплекса (от греч. ocpir — змея, некоторые из таких пород именуются змееви­ками). Офиолиты состоят из тяжелых пород мантийного происхождения, обедненных кремнеземом и богатых магнием и железом: перидотитов, габбро и базальтов. Такие породы слагают коренное ложе современных океанов. Учитывая это, 20 лет назад геологи пришли к выводу, что офио­литы представляют собой остатки коры древних океанов.

Офиолиты Альпийско-Гималайского пояса маркируют ложе океана Тетис. Их выходы составляют извилистую полосу по простиранию всего пояса. Они известны на юге Испании, на острове Корсика, про­тягиваются узкой полосой по центральной зоне Альп, продолжаясь в Карпаты. Крупные тектонические чешуи офиолитов обнаружены в Ди­лерских Альпах в Югославии и Албании, в горных цепях Греции, в том числе на знаменитой горе Олимп. Выходы офиолитов, образуют дугу, обращенную к югу, между Балканским полуостровом и Малой Азией, а затем прослеживаются в Южной Турции. Прекрасно обнажены офио­литы у нас в стране на Малом Кавказе, на северном берегу озера Севан. Отсюда они протягиваются к хребту Загрос и в горы Омана, где офиолитовые пластины надвинуты на мелководные осадки окраины Аравийского полуострова. Но и здесь офиолитовая зона не заканчивается, она повора­чивает на восток и, следуя параллельно побережью Индийского океана, уходит далее на северо-восток в Гиндукуш, Памир и Гималаи. Офиолиты имеют разный возраст — от юрского до мелового, но всюду они пред­ставляют собой реликты земной коры мезозойского океана Тетис. Шири­на офиолитовых зон измеряется несколькими десятками километров, между тем первоначальная ширина океана Тетис составляла несколько тысяч километров. Следовательно, при сближении континентов почти вся океаническая кора Тетиса ушла в мантию в зоне (или в зонах) субдукции по краю океана.

Несмотря на малую ширину, офиолитовый, или главный, шов Тетиса разделяет две резко различные по геологическому строению провинции.

Например, среди верхнепалеозойских отложений, накапливавшихся 300—240 млн. лет назад, к северу от шва преобладают континентальные осадки, часть которых отлагалась в условиях пустынь; тогда как к югу от шва распространены мощные толщи известняков, часто рифовых, от­мечающих обширное шельфовое море в районе экватора. Столь же рази­тельна смена юрских пород: обломочные, часто угленосные, отложения к северу от шва вновь противостоят известнякам к югу от шва. Шов отделяет, как говорят геологи, разные фации (условия образования осад­ков) : евразиатские умеренного климата от гондванских экваториального’ климата. Пересекая офиолитовый шов, мы попадаем как бы из одной геологической провинции в другую. К северу от него мы встречаем круп­ные гранитные массивы, окруженные кристаллическими сланцами и се­риями складок, которые возникли в конце каменноугольного периода (около 300 млн. лет назад), к югу — слои осадочных пород того же воз­раста залегают согласно и без всяких признаков деформаций и метамор­физма. Ясно, что две окраины океана Тетис — Евразиатская и Гондванская — резко отличались друг от друга и по положению на земной сфере, и своей геологической историей.

Наконец, отметим одно из наиболее существенных различий областей, лежащих к северу и к югу от офиолитового шва. К северу от него рас­положены пояса вулканических пород мезозойского и раннекайнозойского возраста, формировавшиеся на протяжении 150 млн. лет: со 190 до 35—40 млн. лет назад. Особенно хорошо прослеживаются вулканиче­ские комплексы на Малом Кавказе: они тянутся непрерывной полосой вдоль всего хребта, уходя на запад в Турцию и далее на Балканы, а на восток в хребты Загроса и Эльбурса. Состав лав изучен с большой под­робностью грузинскими петрологами. Они установили, что лавы практи­чески неотличимы от лав современных вулканов островных дуг и актив­ных окраин, составляющих огненное кольцо Тихого океана. Напомним, что вулканизм обрамления Тихого океана связан с субдукцией океаниче­ской коры под континент и приурочен к границам сближения литосферных плит. Значит, и в поясе Тетис аналогичный по составу вулканизм отмечает прежнюю границу сближения плит, на которой происходила субдукция океанической коры. В то же время к югу от офиолитового шва нет никаких одновозрастных вулканических проявлений, на всем протя­жении мезозойской эры и в течение большей части кайнозойской эры здесь отлагались мелководные шельфовые осадки, в основном известняки. Следовательно, геологические данные дают твердые доказательства того, что окраины океана Тетис принципиально отличались по тектонической природе. Северная, Евразиатская окраина с постоянно формирующимися на границе сближения литосферных плит вулканическими поясами была, как говорят геологи, активной. Южная, Гондванская окраина, лишенная вулканизма и занятая обширным шельфом, спокойно переходила в глу­бокие котловины океана Тетис и была пассивной. Геологические данные, и преялде всего материалы по вулканизму, позволяют, как видим, восста­навливать положение прежних границ литосферных плит и намечать древние зоны субдукции.

Сказанное выше не исчерпывает всего фактического материала, ко­торый должен быть проанализирован для реконструкции исчезнувшего океана Тетис, но надеюсь, этого достаточно, чтобы читателю, особенно далекому от геологии, стала ясна основа построений, проделанных совет­скими и французскими учеными. В результате были составлены цветные палеогеографические карты для девяти моментов геологического времени со 190 до 10 млн. лет назад. На этих картах по кинематическим данным восстановлено положение главных континентальных плит — Евразиатской и Африканской (как части Гондваны), определена позиция микроконти­нентов внутри океана Тетис, очерчена граница континентальной и океа­нической коры, показано распределение суши и моря, рассчитаны (по па-леомагнитным данным) палеошироты4. Особое внимание уделено рекон­струкции границ литосферных плит — зон спрединга и зон субдукции. Вычислены также векторы перемещения главных плит для каждого мо­мента времени. На рис. 4 даны схемы, составленные по цветным картам. Чтобы была ясна предыстория Тетиса, к ним добавлена также схема рас­положения континентальных плит в конце палеозоя (позднепермская эпоха, 250 млн. лет назад).

В позднем палеозое (см. рис. 4, а) между Евразией и Гондваной про­стирался океан Палео-Тетис. Уже в это время определилась главная тенденция тектонической истории — существование активной окраины на севере Палео-Тетиса и пассивной —на юге. От пассивной окраины в начале пермского периода были отколоты сравнительно крупные конти­нентальные массивы — Иранский, Афганский, Памирский, которые нача­ли перемещаться, пересекая Палео-Тетис, на север, к активной Евразиат­ской окраине. Океаническое ложе Палео-Тетиса во фронте дрейфующих микроконтинентов постепенно поглощалось в зоне субдукции у Евразиатской окраины, а в тылу микроконтинентов, между ними и Гондванской пассивной окраиной, раскрывался новый океан — собственно мезозойский Тетис, или Нео-Тетис.

В раннюю юру (см. рис. 4, б) Иранский микрокоитинент причленился к Евразиатской окраине. При их столкновении возникла складчатая зона (так называемой киммерийской складчатости). В позднюю юру, 155 млн. лет назад, четко обозначилось противопоставление Евразиатской актив­ной и Гондванской пассивной окраин. В то время ширина океана Тетис составляла 2500—3000 км, то есть была такой же, как ширина современ­ного Атлантического океана. Распространение мезозойских офиолитов позволило наметить в центральной части океана Тетис ось спрединга.

В раннем мелу (см. рис. 4, в) Африканская плита — наследница распавшейся к этому времени Гондваны —двигалась к Евразии таким образом, что на западе Тетиса континенты несколько разошлись и там возник новый океанический бассейн, тогда как в восточной части конти­ненты сближались и ложе океана Тетис поглощалось под Малокавказской вулканической дугой.

В конце раннего мела (см. рис. 4, г) океанический бассейн на запа­де Тетиса (он иногда называется Мезогея, и остатками его являются со­временные глубоководные котловины Восточного Средиземноморья), перестал раскрываться, а на востоке Тетиса, судя по датировкам офио­литов Кипра и Омана, завершалась активная стадия спрединга. В целом ширина восточной части океана Тетис к середине мелового периода со­кратилась до 1500 км на траверзе Кавказа.

К позднему мелу, 80 млн. лет назад, относится быстрое сокращение размеров океана Тетис: ширина полосы с океанической корой составля­ла в это время не более 1000 км. Местами, как на Малом Кавказе, на­чались столкновения микроконтинентов с активной окраиной, и породы подверглись деформации, сопровождавшейся значительными перемеще­ниями тектонических покровов.

На рубеже мела и палеогена (см. рис. 4, д) произошло по меньшей мере три важных события. Во-первых, на пассивную окраину Африки широким фронтом были надвинуты офиолитовые пластины — отторженцы океанической коры Тетиса.