Геологические и геофизические данные указывают на существование структур растяжения в системе срединноокеанических хребтов и структур сжатия в островных дугах. Эти данные получены при изучении механизма и распределения землетрясений [9, 16]; магнитных аномалий, свидетельствующих о расширении океанического дна [19]; различных типов разрывной тектоники, которая особенно часто ассоциирует с этими тектоническими системами. В островных дугах и аналогичных им дугообразных структурах Тихоокеанского и Альпийского поясов сосредоточен очень большой процент мелкофокусных землетрясений (с глубинами 0—70 км) и почти все промежуточные и глубокофокусные землетрясения. В противоположность этому только 5% мелкофокусных землетрясений земного шара связано со срединноокеаническими хребтами или их континентальным продолжением; промежуточные и глубокофокусные землетрясения в системе срединноокеанических хребтов не обнаружены. Тот факт, что систему срединноокеанических хребтов только недавно стали рассматривать как планетарную систему структур растяжения, вероятно, объясняется меньшим количеством землетрясений в ее пределах и тем, что большая часть этой системы еще 10—2U лет назад была практически не изучена.
Более ран номерное размещение сейсмических станций мировой сети, увеличение их количества и чувствительности, а также использование ЭВМ при обработке данных позволили выявить большое число эпицентров землетрясений в системе срединноокеанических хребтов и на их континентальных продолжениях. Во многих районах за последние 5 — 10 лет было зарегистрировано больше землетрясений, чехе за предшествующие 50 лет.
Эпицентры многих землетрясений в системе хребтов можно теперь определять с точностью до 20 км и меньше, тогда как прежде ошибка в определении местонахождения эпицентра могла превышать 100 км. Следовательно, в настоящее время можно установить многие особенности системы срединноокеанических хребтов, выяснению которых раньше мешало неточное определение координат эпицентров.
Географическое распределение сейсмических зон в системе срединноокеанических хребтов
Хорошо развитую систему срединноокеанических хребтов можно проследить в Атлантическом, Индийском, Тихом и Северном Ледовитом океанах (фиг. 1). В Атлантическом и Индийском океанах хребты почти везде занимают медиальное положение, тогда как на обширных площадях Тихого и Северного Ледовитого океанов хребты расположены явно не медиально. В Северном Ледовитом океане, однако, пояс землетрясений (и предположительно гребень хребта) лежит посредине между хребтом Ломоносова и континентальным шельфом Евразии [14].
Гребни хребтов пересекаются многочисленными резко выраженными в рельефе линейными зонами (или зонами разрывов) [7, 10] Несомненно, такие зоны будут в дальнейшем обнаружены и в других частях системы. В деталях система хребтов не непрерывна, а состоит, видимо, из серий линейных отрезков, разделенных зонами разрывов. Почти все землетрясения зафиксированы либо вдоль гребней хребтов, либо на тех участках зон разрывов, которые заключены между гребнями [16].
На гребнях хребтов в Атлантическом и Индийском океанах установлены хорошо развитые рифтовые зоны [6]. В Исландии основная сейсмичность и постледниковая вулканическая деятельность ограничены Центральным грабеном, который, по-видимому, служит продолжением центральной рифто-вой зоны Средипноатлантического хребта [1,6, 16]. На Восточнотихоокеанском поднятии типичный срединный рифт отсутствует; исключение — хребет Горда, расположенный против побережья Орегона и Калифорнии [10]. Землетрясения системы срединпоокеанических хребтов, не приуроченные, по-видимому, к поперечным зонам разрывов, характеризуются преобладанием сбросовых подвижек [16]. До сих пор все определения ограничивались теми частями хребтов, которые обнаруживали хорошо выраженный срединный рифт. Землетрясения в зонах поперечных разломов характеризуются преобладанием сдвиговых смещений по крутым плоскостям, простирание которых приблизительно совпадает с простиранием зон разрывов [16]. На Восточнотихоокеанском поднятии большинство землетрясений ограничено участками зон разломов, лежащими между гребнями хребтов. Землетрясения на самом гребне Восточнотихоокеанского поднятия происходят, видимо, очень редко [12].
Для океанической части системы хребтов типична локализация землетрясений в одинарных узких линейных зонах шириной менее нескольких десятков километров. Напротив, на континентальных продолжениях хребтов землетрясения обычно рассеиваются по площади шириной до 100 км [14]. В континентальной части мировая система хребтов обладает часто ветвистой и обычно гораздо более сложной геологической структурой, чем в океанах. Однако неизвестно, чем определяются эти различия: несходством главных тектонических процессов или неодинаковой реакцией земной коры и мантии на материках и в океанах.
Общая особенность континентальной и океанической частей системы — отсутствие промежуточных и глубокофокусных землетрясений. На островных дугах число землетрясений на данной глубине в пределах верхнего 200-километрового интервала выражается, по-видимому, соотношением
где Z — глубина в километрах [15]. Такое распределение отличается от распределения землетрясений в Калифорнии, где почти все землетрясения приурочены, по-видимому, к верхним 20 км. Сейсмическая активность вблизи западного побережья Северной Америки между центральной Аляской и центральной Мексикой меньше, чем во многих других частях Тихоокеанского пояса. Отсутствие промежуточных и глубокофокусных землетрясений [5, 17] и наличие здесь зон разломов и фрагментов гребня хребта свидетельствуют о том, что сейсмичность и тектоника этой площади связаны с Восточнотихоокеанским поднятием [4, 11]. Непрерывность сейсмических поясов и постоянство морфологических особенностей показывают, что система океанических хребтов протягивается в глубь континентов в Восточной Африке и на западе Северной Америки.
Доказательство существования трансформных разломов и раздвигания океанического дна
На фиг. 2 показано распределение хребтов, зон разломов [7] и землетрясений [16] на одном из отрезков Срединноатлантического хребта. В интервале между 15° с. ш. и 5° ю. ш. гребень хребта смещен к востоку приблизительно на 3500 км, но сохраняет свое срединное положение относительно Африки и Южной Америки. Хейзен и Тарп [7] считают, что гребень хребта в этом районе смещен левыми сдвигами. Они подчеркивают, что зоны разломов, по-видимому, параллельны направлению континентального дрейфа Африки относительно Южной Америки.
Однако как в этой, так и в других частях системы хребтов почти вся сейсмическая активность в зонах разломов сосредоточена между гребнями хребтов. Это хорошо видно на примере зоны разлома Чейн близ 1° ю. ш. и 15° з. д. (фиг. 2). В других частях зон разломов отмечаются лишь очень редкие землетрясения. Сейсмичность же океанических котловин, по-видимому, еще меньше. Характер распределения сейсмической активности вдоль зон разломов служит серьезным аргументом против гипотезы простого смещения гребней хребтов сдвигами.
Вильсон [20] предложил выделять особую группу горизонтальных разрывов скалывания — так называемые трансформные разломы. Трансформные разломы, связывающие два сегмента океанического хребта, показаны на фиг. 3, где они сравниваются с «конкурирующими» с ними поперечными сдвигами. В сдвиговой модели допускается, что формирование разрывов протекает в непрерывной постоянной среде. Согласно трансформной гипотезе, хребты, раздвигаясь, создают новую кору. Следовательно, трансформные разломы могут резко обрываться на обоих концах даже в тех случаях, когда по ним происходили большие перемещения. При этом безразлично, где осуществлялись перемещения: в центральных частях зоны или (в прошлом) в тех ее частях, которые теперь больше не лежат между гребнями. Следует подчеркнуть также различия в способе движения по разрыву между разобщенными частями хребта: относительное смещение при трансформных разломах противоположно движению, которое необходимо для отодвигания хребта при сдвиговом механизме (фиг. 3).
Сайкс [16] показал, что движения при землетрясениях в зонах разломов происходят в основном по простиранию; простирание одной из нодальных плоскостей для волн Р почти совпадает с простиранием зоны разлома. Движение по простиранию согласуется с тем, которое должно быть при трансформном разломе, но противоположно движению, предполагаемому при простом разобщении хребта поперечным сдвигом. С землетрясениями, расположенными, по-видимому, вне зон разломов, связаны в основном сбросовые перемещения. Таким образом, и размещение, и механизм землетрясений подтверждают концепцию трансформных разломов.
Данные о том, что магнитные аномалии океанического дна могут быть сопоставлены с изменениями в прошлом магнитного поля Земли [19], являются веским аргументом в пользу гипотезы раздвигания океанического дна, сформулированной Хессом [8] и Дицем [2]. Распространение и механизм землетрясений в системе океанических хребтов согласуются с магнитными и прочими данными о раздвигании океанического дна.
Некоторые важные проблемы
Концепция трансформных разломов сравнительно просто связана с гипотезой дрейфа континентов. Если бы в процессе раздвигания на обеих сторонах трансформного разлома сохранялась одинаковая скорость раздвигания, то контуры хребтов и зон разломов соответствовали бы форме разъезжающихся блоков [20]. Зоны разломов (большие части которых в настоящее время асейсмичны) должны были бы соединять точки, которые когда-то были совмещены. Ориентировка зон разломов, форма краев континентов и механизм землетрясений свидетельствуют о том, что такие процессы происходили в Аденском и Калифорнийском заливах, в Центральной и Южной Атлантике.
К сожалению, ни сейсмологические, ни магнитные данные о раздвигании океанического дна не дают информации, непосредственно относящейся к тектонике системы хребтов в третьем измерении. В настоящее время можно лишь утверждать, что очаги большинства землетрясений в системе хребтов связаны с верхним слоем Земли мощностью 50 или 100 км. Но если глубины очагов в океанических хребтах соответствуют глубинам очагов в Калифорнии, то сейсмичность генерируется на очень небольших глубинах. Насущной задачей является более точное определение этих глубин.
Вычисление координат эпицентров землетрясений в системе океанических хребтов лимитируется точностью определения времени пробега сейсмических волн. При использовании стандартных таблиц времени пробега систематическая ошибка в определении широты и долготы большинства хорошо регистрируемых землетрясений обычно меньше 20 км. В тех случаях, когда фактическое время пробега отклоняется от стандартного и является сложной функцией места, направления и расстояния, систематические ошибки не могут служить показателем тщательности (в противоположность точности) вычислений. Тщательно определенные времена пробега дадут информацию об отклонениях в определении места; к тому же их можно использовать для вычисления более точного местонахождения эпицентров землетрясений в хребтах. При доступной в настоящее время точности, как правило, невозможно установить, где произошло землетрясение: сбоку или в центре срединного рифта.
Сейсмически активные пояса ассоциируют с хребтами Маккуори, Азорско-Гибралтарским, Западночилийским и подводным Срединнолабрадорским (фиг. 1). Хотя эти хребты, по-видимому, связаны с системой срединноокеанических хребтов, их тектоническая сущность неясна. Не установлены также географическое положение и тектоническая позиция Галапагосского поднятия [11]. Анализ магнитных аномалий, возможно связанных с этими хребтами, и изучение механизма землетрясений должны дать более определенную информацию. Ждут своего решения и проблемы продолжения рассматриваемой системы хребтов в северо-восточную Азию, отношения к этой системе Байкальского рифта и северного продолжения (или окончания) Восточнотихоокеанского поднятия на широте западной Канады.
Заключение
С системой срединноокеанических хребтов связан активный пояс неглубоких землетрясений. Хотя с этим поясом связано лишь 5% из общего числа землетрясений на всем земном шаре, изучение распределения и механизма этих землетрясений дает ценную информацию для решения ряда региональных и планетарных тектонических проблем. Сейсмологические и другие геофизические данные свидетельствуют о том, что срединноокеанические хребты и их континентальные продолжения характеризуются трансфорчными разломами, раздвиганием океанического дна и другими чертами тектоники растяжения. Совершенствование инструментальной базы позволяло за последние пять лет заметно увеличить число регистрируемых землетрясений в системе хребтов. Таким образом, теперь могут быть изучены многие особенности, которые раньше не улавливались либо из-за неточности определения координат эпицентров, либо вследствие малого количества землетрясений, регистрируемых в данной области.