Общепризнано существование двух главных, принципиально различных типов континентальных окраин — атлантических и тихоокеанских. Для атлантического типа характерно наличие со стороны суши стабильных континентальных блоков, которые после палеозоя или вовсе не испытали деформации, или подверглись лишь слабым деформациям. Переход от океанической коры к континентальной происходит обычно весьма резко; во многих районах присутствуют отложения большой мощности. Атлантические окраины, как правило, не маркируются глубоководными желобами, выраженными в рельефе дна, хотя под отложениями континентального склона часто обнаруживаются погребенные желобообразные структуры. Палеозойские и более древние структуры континента нередко срезаются его краем, но известны также случаи, когда структуры расположены параллельно берегу.
Окраины тихоокеанского типа подчеркиваются молодыми тектоническими поясами, проходящими параллельно берегу и фактически окружающими Тихий океан. Здесь весьма обычны неглубокие землетрясения и отмечается большое количество, особенно на южном и западном побережьях океана, промежуточных и глубокофокусных землетрясений. Вся периферия Тихого океана в настоящее время (или в историческом прошлом) была ареной активного вулканизма, и весь Тихий океан, исключая район к западу от Северной Америки, окружен глубоководными, выраженными в рельефе дна желобами. Переходы от океана к континенту намного разнообразнее, чем в атлантических окраинах, а осадконакопление, видимо, невелико.
Строение континентальных окраин было детально изучено в нескольких районах методом преломленных волн, дополненным гравиметрическими и магнитометрическими наблюдениями, а также анализом образцов с океанического дна. Дрейк и Нейф [7], основываясь на данных исследования сейсмических свойств коры и верхней мантии, разделили территорию окраин на две части: верхнюю (с глубинами менее 1000 м) и нижнюю (с глубинами более 1000 м). Они показали, что по сейсмическим свойствам эти части не тождественны ни континентам, ни океанам, а занимают промежуточное положение. Косминская и Зверев [16] в ходе аналогичного исследования выделили другие подразделения (континентальная, субконтинентальная, субоксаническая, океаническая кора), но также отметили последовательные изменения их свойств.
Эти выводы основывались на многочисленных измерениях преломления сейсмических волн на профилях, пересекающих окраины. При интерпретации данных по окраинным районам исследователи сталкиваются с рядом затруднений, связанных с быстрым изменением рельефа дна и условий залегания погребенных слоев. Интерпретация еще больше усложняется тем, что континентальный материал нельзя отделить от смешанного с ним океанического из-за близости скоростей продольных волн. Сказанное хорошо иллюстрируется обобщенным профилем через экваториальную часть Атлантического океана (фиг. 1). Скорости в диапазоне 5,2—5,4 км,с под африканским шельфом и склоном можно отнести к нижнепалеозойским осадочным породам побережья, тогда как в океаническом бассейне близкая скорость предполагается для вулканических пород. На срединноокеаническом хребте почти такая же скорость, правда чуть меньшая, несомненно, относится к вулканическим породам. Аналогичные затруднения возникают при попытке установить границы глубинных слоев и их конфигурацию с приближением к кромке шельфа.
Наиболее обстоятельно изучена атлантическая окраина у восточного побережья Северной Америки. На континенте параллельно берегу расположена система Аппалачей, протягивающаяся от южных районов США до Канады. В той части окраины, которая покрыта морем, методом преломленных волн определена общая мощность осадочных пород и построена карта поверхности кристаллических пород [7]. Карта, представленная на фиг. 2, построена по сейсмическим и геологическим данным, а также данным бурения. Изолинии в акватории показывают наименьшую глубину появления скоростей, превышающих 5,6 км/с, а изолинии на суше построены по разным поверхностям от докембрийской до предмеловой.
Под континентальным шельфом и в глубоководной области обнаружены протяженные, заполненные отложениями троги, вытянутые параллельно берегу. Отложения в них имеют значительную мощность, достигающую под континентальным склоном местами 10 км, а под шельфом 6—7 км. Поверхностная структура и характер отложений на этой окраине позволяют сравнивать ее с реконструированной додеформационной Аппалачской геосинклиналью [4]. Строение более глубоких горизонтов, особенно верхов мантии, хуже поддается изучению методом преломленных волн. Раздел Мохоровмчича постепенно погружается в сторону континентального склона до глубины 17—18 км, а затем, по-видимому, очень резко погружается в глубины континента под континентальным подножием и верхней частью склона. Для определения конфигурации поверхности мантии Уорзел [22] использовал гравиметрические данные совместно с данными сейсмических наблюдений. В этих расчетах принималось, что каждый слой обладает постоянной плотностью, и аномалии связаны с условиями залегания слоев. Все обработанные разрезы указывают на быстрое утолщение коры до 30—35 км с приближением к шельфу.
На континентальном шельфе обнаружены параллельные берегу линейные магнитные аномалии [5, 20], но континентальный склон отмечается зоной со спокойным магнитным полем, совершенно отличной и от шельфа, и от океанических бассейнов. Хейрцлер и Хейс [10] высказали предположение, что этот факт может найти объяснение с позиций гипотезы расползания океанического дна; возможно, зона представляет собой океаническую кору, сформировавшуюся в позднем палеозое. Дрейк и Нейф [6] развили эту мысль, предположив, что данная зона представляет собой первичную кору узкой прото-Атлантики. Явное отсутствие этой зоны на юге Атлантического океана [1], вероятно, объясняется тем, что до начала предполагаемого дрейфа первичного океанического бассейна здесь не существовало.
Исследования периферии Атлантического океана в других районах выявили в целом ту же картину, что и исследования в Северной Америке, несмотря на различие деталей, ({роме районов Карибского и Средиземного морей и дуги Скоша, окраины океана с конца палеозоя тектонически были мало активными. Обычно другие районы характеризуются меньшей мощностью осадочных пород [8, 12, 17] и иными деталями строения. Па аргентинской окраине, например, структуры шельфа простираются перпендикулярно, а не параллельно его краю [9] (фиг. 3).
Разрез через тихоокеанскую окраину США, протягивающийся на 50U км в обе стороны от Сан-Франциско, в сторону океана и в глубь континента, был построен Томпсоном и Тальвани [21] с использованием данных гравиметрии и магнитометрии, метода преломленных волн и изучения фазовых скоростей рэлеевских волн (фиг. 4). Эта территория испытала гораздо более молодые деформации, чем побережье Атлантического океана, и уменьшение мощности осадков на этой окраине было обусловлено как уменьшением времени накопления, так и уменьшением объема осадков. Дело осложняется также непосредственной близостью северного продолжения Восточнотихоокеанского поднятия. Кора неправильно утолщается вдоль всего разреза; в береговой полосе она имеет мощность около 20 км, а под побережьем Атлантического океана 30—35 км. Скорость в диапазоне 7,2—7,6 км/с в верхней мантии указывает на присутствие аномального вещества под континентальной частью профиля [19] При гравиметрических расчетах это было принято во внимание, и в обоих случаях — и для низов коры, и для верхов мантии — допускались изменения плотности. Неоднородности в мантии прослеживаются до глубины около 50 км. Хотя структура неизбежно упрощена, она дает большее приближение к реальной обстановке на глубине, чем модель однородных слоев. Томпсон и Тальвани отметили, что гипотеза аномальной верхней мантии, если последняя представляет собой каким-то образом измененную нормальную мантию, позволяет объяснить примерно 1 км поднятия, охватившего в кайнозое большую часть региона. Такая аномальная мантия со скорости ми 7 км/с и несколько больше характерна и для других тектонически активных (сейчас или в прошлом) районов.
Косминская и Ризниченко [15] описали результаты детальных исследований методом преломленных волн дальневосточной окраины Тихого океана — района с высокой активностью глубокофокусных землетрясений (фиг. 5). Одновременно с сейсмическими исследованиями здесь были проведены магнитометрические и гравиметрические наблюдения. В этом районе обнаружены переходы от типичной континентальной коры через промежуточную к океанической коре. Геологические данные позволили авторам говорить о возможности (при наличии соответствующих условий) перехода слабо дифференцированной океанической коры в более дифференцированную континентальную и обратно главным образом вследствие изменения мощности нижних горизонтов коры и верхних горизонтов мантии со скоростью около 7 км/с. Эта концепция была поддержана Дрейком и Нейфом [7], предположившими, что вещество, характеризующееся скоростью в диапазоне 7,2—7,7 км/с, может образоваться и исчезнуть в ходе тектонического развития.
Так же как Томпсон и Тальвани. Косминская и Ризниченко считают, что плотностные неоднородности около 0.5 г/см3 существуют в мантии до глубины 50 км. Это подтверждается отсутствием четкой зависимости между глубиной залегания раздела Мохоровичича и аномалиями Буге, что не может быть целиком отнесено за счет вариаций средней плотности коры.
Таким образом, несмотря на сильные различия в геоморфологии, региональной геологии и степени сейсмической активности, обе противоположные окраины Тихого океана обнаруживают большое сходство. Они отличаются от атлантических окраин, у которых переходная зона между континентом и океаном не маркируется обширной областью с промежуточными свойствами. Это согласуется с современной гипотезой движения континентов и эволюции океанических бассейнов, которая предусматривает образование нового вещества коры в осевых частях срединноокеанических хребтов [2, 11]. Если Земля в целом не расширяется, то гипотеза образования новой коры выдвигает проблему пространства; необходимо найти механизм и определить место «уничтожения» старой коры. Для Атлантического океана это сделать очень трудно, поскольку его окраины стабильны и были стабильными значительный период времени. Кора, возможно, могла разрушаться на окраинах Тихого океана, окруженного в настоящее время тектонически активными зонами, однако необходимо найти подходящий механизм.
Такой механизм предложили Оливер и Айзекс [18]. Изучение глубокофокусных землетрясений в районе островов Фиджи — Тонга — Раротонга выявило заметное различие в затухании поперечных волн, распространяющихся по траекториям внутри или вне зоны высокой сейсмичности, которая погружается к западу до глубины более 700 км под дугой Тонга — Кермадек. В сейсмически активной зоне затухание значительно меньше (или значительно больше Q — величины, обратной удельному коэффициенту затухания), чем на сходных глубинах по другую сторону (фиг. 6). Аналогичный эффект обнаружен в Японии [13, 14]. По мнению Оливера и Айзекса, эти различия в затухании, возможно, указывают, что восточнее островов Тонга глубинная аномальная зона составляет одно целое с самыми верхами мантии. Такая интерпретация совместима с гипотезой направленных вниз конвективных течений на краю островных дуг. Если можно связать слабое затухание (или высокое Q) с прочностью, тогда резонно предположить, что литосфера затягивается (или заталкивается, или оседает) под дугой Тонга. Это в свою очередь позволяет объяснить, куда деваются излишки коры, образующейся в срединноокеанических хребтах. Если такой процесс принимается для района Тонга, он не может быть отвергнут и для других активных областей Тихого океана, а это явно подразумевает значительную подвижность литосферы.
Атлантические окраины стабильны, хотя гипотеза расширения океанического дна вместе с остальными хребтами рассматривает и Срединноатлантический хребет. В этом случае трудно привлечь механизм Оливера и Айзекса. Возможное решение проблемы заключается в привлечении (в дополнение к концепции расширения океанического дна) гипотезы континентального дрейфа. При этом скорость дрейфа континентов, окружающих Атлантический океан, должна быть эквивалентна скорости формирования нового корового вещества в Срединноатлантическом хребте. Это подразумевает, что ликвидация коры происходит только в Тихом океане и что атлантические окраины по существу не изменялись со времени их разделения, чем и объясняются упоминавшиеся ранее различия в строении.
Многие из вышеизложенных положений умозрительны и отнюдь не пользуются общим признанием. Ясно также, что континентальные окраины следует рассматривать не отдельно, а на фоне развития континентов и океанических бассейнов. В этой важной области еще многое предстоит сделать. Замечено сходство в строении коры некоторых краевых районов и древних геосинклиналей. Однако мы мало что знаем о глубинной структуре или о силах, вызывающих тектогенез. Кажется возможным превращение на окраинах океанической коры в континентальную и континентальной в субокеаническую или субконтинентальную, но механизм процесса опять-таки совершенно неясен. Данные по изучению глубокофокусных землетрясений подсказывают многообещающий механизм удаления излишка корового материала, образующегося в ходе допускаемой эволюции океанических бассейнов, но этот механизм еще не подтвержден другими данными по неглубоким слоям коры. Следует отметить, наконец, что большая часть остальных сведений о континентальных окраинах получена в ограниченном числе районов. Таким образом, в дальнейшем предстоит выполнить гораздо больший объем исследований, чем до настоящего времени. Только в этом случае мы сможем убедиться, что общая картина, полученная для некоторых районов, приложима ко всем площадям.