На правах рукописи
ЖУЛЁВА Елена Викторовна
РЕЛЬЕФ ВУЛКАНИЧЕСКИХ ГОР
ЛОЖА ОКЕАНА
25.00.25 – Геоморфология и эволюционная география
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
доктора географических наук
Москва – 2006
Работа выполнена в лаборатории геофизических полей Института океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук
Официальные оппоненты: доктор географических наук,
член-корреспондент РАН
Глеб Борисович Удинцев
доктор географических наук,
профессор
Дмитрий Александрович Субетто
доктор географических наук,
профессор
Александр Петрович Алхименко
Ведущая организация - ВНИИОкеангеология
Министерства природных ресурсов, РАН (г. Санкт-Петербург)
Защита состоится _____ ___________ 2007 г. в _____ часов на заседании Диссертационного совета Д 212.199.26 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора географических наук при Российском государственном педагогическом университете им. А.И. Герцена по адресу: Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, 48 (факультет географии, корп. 12, ауд. )
С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена
Автореферат разослан «______» ____________ 2007 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета И.П. МАХОВА
I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследований. Вулканические горы широко распространены на акватории Мирового океана и являются важной составляющей природного комплекса океанов. С вулканическими горами океанов связаны многие стороны жизнедеятельности современной цивилизации. Планирование и проведение экологических, поисковых, инженерно-геологических и любых иных работ на подводных горах и островах требует большого объема знаний об их расположении, размерах,
строении, морфодинамике, о характере донных ландшафтов. Поэтому изучение рельефа вулканических гор ложа океана представляет собой актуальную задачу исключительной важности.
Океанский вулканизм является грозным природным явлением, оказывающим сильное воздействие на природную среду. Так, образование подводных вулканов может сопровождаться появлением гигантских волн цунами, опустошающих побережье и представляющих катастрофическую опасность для его жителей. В случае образования вулканических островов характерной особенностью извержений становится интенсивное пеплообразование, которое оказывает существенное влияние не только на экологическую обстановку региона, но и на климат значительной части планеты. Исследование пространственных и возрастных особенностей формирования океанских вулканов является важным этапом разработки системы прогноза этого процесса и предотвращения его губительных последствий.
Новые вопросы о строении и эволюции рельефа подводных гор поставила в геоморфологии теория тектоники литосферных плит. Ключевыми позициями, определяющими особенности геоморфологического изучения вулканических гор ложа океана, являются: формирование и эволюция морфоструктуры дна в условиях непрерывного спрединга и перемещения литосферных плит; повышенная интенсивность эндогенного режима, что приводит к активному формированию и широкому распространению структур вулканического происхождения; развитие морфоструктур дна океана в условиях ограниченного воздействия сравнительно однообразных экзогенных процессов и в связи с этим достаточно долгое сохранение первичной структуры рельефа.
Основной проблемой геоморфологического исследования вулканических гор остается создание единой морфологической концепции, построенной на анализе характеристик рельефа разного таксономического ранга, и выявлении механизмов становления многообразия их внешнего облика.
В круг настоящего исследования включены вулканические горы ложа океанов и срединно-океанических хребтов – геотектур, в пределах которых происходит образование океанической литосферы. Наибольший интерес представляют горы океанических массивов, на примере которых можно составить картину их формирования, изменения в динамике и определить эволюцию.
В целях проведения историко-генетического анализа формирования морфологических элементов разных таксономических рангов, основанного на сохранении и использовании ценной информации подводных исследований различной степени детальности, в настоящей работе обосновывается применение метода последовательного приближения, и рельеф вулканических гор исследуется на глобальном, региональном и локальном уровнях.
Основная цель работы – на основе систематизации геолого-геоморфологической, геофизической и литологической информации создание концепции формирования рельефа вулканических гор ложа океана с использованием метода последовательного приближения.
Задачи исследования.
1. Выполнить сбор информации из литературных и картографических источников для создания каталога геолого-геоморфологических данных о вулканических горах ложа Мирового океана.
2. Провести обзор становления методов изучения рельефа подводных гор и разработать новый методический подход к систематизации результатов разномасштабных исследований рельефа подводных гор, основанный на применении метода последовательного приближения.
3. На основе количественного анализа фактических материалов установить глобальные закономерности образования и расположения вулканических гор на ложе океана.
4. Путем сравнительного анализа геолого-геоморфологического строения океанических горных массивов выявить общие черты рельефообразования вулканических гор, сложенных легкоплавкими базальтами в ходе развития приповерхностных магматических источников, и построить логическую модель их формирования и эволюции.
5. Создать способ крупномасштабного фациального картографирования донной поверхности по результатам дешифрирования подводных фотографий.
6. На конкретных примерах исследовать особенности микрорельефа склонов и морфологии железомарганцевых образований гайотов с восстановлением палеогеографических условий их развития.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Разработанная концепция решает научную проблему построения обобщенной картины рельефа подводных вулканических гор ложа океана с установлением геодинамических факторов и рельефообразующих процессов, играющих ведущую роль в формировании характерных морфологических особенностей на глобальном, региональном и локальном уровнях
2. В результате количественного анализа морфологических параметров вулканических гор и геолого-геофизических данных о строении океанической коры установлены новые пространственные и возрастные закономерности их формирования и размещения, в числе которых выделены:
- этапы периодической активизации процесса образования вулканических гор ложа океана в позднем мезозое – кайнозое;
- смена ведущих геодинамических обстановок формирования вулканических гор в геологической истории океанов;
- особенности распределения вулканических гор на океанической коре разного возраста, в пределах различных морфоструктур.
3. Выявлены новые параметры закономерного изменения размеров вулканов, образующихся на океанической литосфере разного возраста и мощности.
4. Впервые проведен сравнительный анализ морфоструктуры океанических горных массивов, связанных с областями современного вулканизма в разных океанах, и определены:
- ведущие факторы и закономерности формирования пространственно-возрастной преемственности эволюции их рельефа;
- характерные черты зависимости геоморфологического развития океанических горных массивов от активности проявления магматизма.
5. Предложена модель формирования сводово-вулканических поднятий, характерных для морфоструктуры океанических горных массивов в пределах ложа океана и срединно-океанических хребтов.
6. Для исследования микрорельефа и ландшафтов подводных гор разработана методика построения фациальных профилей и карт с фотолегендой на основе дешифрирования подводных фотографий донной поверхности.
7. Применение новой методики впервые позволило на примере гайотов Ита-Майтаи и ИОАН (Магеллановы горы, Тихий океан) проанализировать особенности микрорельефа, проявление основных рельефообразующих процессов в формировании морфоскульптуры склонов и исследовать детальную морфологию железомарганцевых образований.
Предметом защиты диссертационной работы является концепция формирования и эволюции рельефа вулканических гор ложа океана.
Защищаемые положения.
1. Абсолютное большинство вулканических гор ложа океана образуется на океанической литосфере, возраст которой не превышает 90 млн. лет, мощностью до 70 км. История океанского вулканизма характеризуется сменой ведущих геодинамических обстановок, что проявляется в сокращении активности формирования вулканических гор на дивергентных и трансформных границах плит в пределах срединно-океанических хребтов на литосфере возрастом менее 40 млн. лет и усилении внутриплитового вулканизма на литосфере возрастом от 70 до 90 млн. лет по мере увеличения геологического возраста центров спрединга.
2. Объемы горообразования на ложе океана непосредственно связаны с возрастом (мощностью) литосферы и распределением размеров вулканических гор, образующихся в ходе вертикального массопереноса на разновозрастных участках океанского дна.
3. Вулканические горы океанических горных массивов проходят цикл геоморфологического развития от острова до подводной горы (гайота) в условиях пространственно-возрастной преемственности эволюции их рельефа при постепенном изостатическом проседании на фоне погружения несущей литосферной плиты в процессе удаления от области активного вулканизма.
4. Типичное для морфоструктуры океанических горных массивов сводово-вулканическое поднятие образуется из системы связанных с мантийным плюмом магматических источников в результате слияния оснований растущих вулканических островов с отмирающими подводными вулканами, а его дальнейшее выравнивание определяется процессами аккумуляции рыхлых осадков.
5. Эффективным способом изучения микрорельефа и ландшафтов подводных гор является анализ фациальных профилей и карт с фотолегендой, построенных по результатам дешифрирования подводных фотографий донной поверхности. При исследовании железомарганцевых образований (ЖМО) подводных гор новый способ обеспечивает: проведение морфологической типизации ЖМО; картографирование площадей развития ЖМО различных типов; выделение перспективных участков поиска ЖМО по геоморфологическим и фациальным критериям.
6. Использование метода последовательного приближения в исследовании рельефа подводных гор позволяет на основе выявления механизмов становления облика разномасштабных морфологических элементов проводить их историко-генетический анализ на глобальном, региональном и локальном уровнях.
Теоретическая значимость исследования заключается в построении концепции формирования и эволюции рельефа вулканических гор ложа океана с позиций теории тектоники литосферных плит; в развитии историко-генетического направления геоморфологии дна океана; в разработке методологических основ и методических подходов исследования рельефа вулканических гор ложа океана методом последовательного приближения.
Практическая значимость работы:
- результаты исследований используются в работах Лаборатории геофизических полей Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН;
- каталог геолого-геоморфологических данных о подводных горах Мирового океана был составлен по заказу Московского Геологоразведочного Института и используется в проводимых там учебных и научных работах;
- проведенные оценки тенденций эволюции рельефа вулканических гор ложа океана могут быть учтены при составлении долгосрочных прогнозов их геоморфологического развития, необходимых при поиске полезных ископаемых и для хозяйственного использования этих территорий;
- результаты исследований пространственно-временных характеристик формирования и эволюции вулканических гор ложа океана, и особенностей развития на них ЖМО входят в рабочие программы Министерства природных ресурсов РФ;
- разработанная методика интерпретации результатов дешифрирования подводных фотографий в виде фациальных профилей и карт с фотолегендой является эффективным способом графического представления материалов обработки видеоизображений донной поверхности и применима при крупномасштабном картографировании различных форм рельефа дна океана;
- полученные новые сведения о детальном характере распространения ЖМО на гайотах наращивают фактическую основу знаний и расширяют поисковую базу этого типа месторождений полезных ископаемых дна океана, а также увеличивают надежность их изучения при проведении дистанционных исследований донной поверхности;
- предложенный подход к исследованию рельефа дна океана методом последовательного приближения, продемонстрированный на примере подводных гор, может быть использован для решения проблемы систематизации и обобщения разномасштабных результатов изучения различных форм донного рельефа;
- созданная концепция формирования и эволюции рельефа вулканических гор ложа океана может быть внедрена в учебный процесс ВУЗов при подготовке специалистов географов, геологов, экологов, океанологов.
Использованные материалы и личный вклад автора.
На основании продолжительного сбора и обобщения литературных, первичных картографических материалов, а также результатов изучения подводных гор в рейсах ИО РАН, автором создан каталог геолого-геоморфологической информации о вулканических горах Мирового океана. Эти данные были положены в основу проведенного количественного анализа, а также собственных морфоструктурных и геоморфологических исследований. Работы были поддержаны Российским фондом фундаментальных исследований: гранты 96-05-64416, 96-05-64072, 98-05-64228.
В ходе многолетней работы с подводными фотографиями различных донных структур, для изучения микрорельефа и рудных образований подводных гор разработана и опробована на ряде природных объектов методика интерпретации результатов дешифрирования подводных снимков в виде фациальных профилей и карт с фотолегендой. Часть работ по этой теме была проведена в рамках Госконтракта "Геохимия и рудогенез океанических плит вне срединно-океанических хребтов".
Автором было проведено дешифрирование подводных фотографий гайотов Ита-Майтаи и ИОАН (Магеллановы горы, Тихий океан), полученных буксируемой фотоустановкой ПФ-69 в 9-том рейсе нис «Академик Мстислав Келдыш».
Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на 7 международных и 5 республиканских съездах, конференциях, совещаниях, научных школах. Отдельные положения диссертации докладывались на 5-ой и 7-ой Всесоюзных школах морской геологии (Москва, 1981, 1986); II Всесоюзном съезде океанологов (Севастополь, 1982); IV Всесоюзной конференции "Проблемы научных исследований в области изучения и освоения Мирового океана" (Владивосток, 1983); 2-ом Всесоюзном совещании по морской геологии "Современные методы морских геологических исследований" (Москва, 1987); 6-ой Межведомственной конференции по новейшим достижениям в морской геологии (Санкт - Петербург, 1994); Международной конференции «Палеогеографические и геодинамические условия образования вулканогенно-осадочных месторождений» (Миасс, 1997); 11-ой, 12-ой, 13-ой, 14-ой и 15-ой Международных школах морской геологии (Москва, 1994, 1997, 1999, 2001, 2003). Результаты работы докладывались и обсуждались на заседаниях Рабочей группы «Геоморфология морского дна» Научного совета РАН по проблемам Мирового океана (Секция геологии) (2003, 2005).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 29 научных работ, из них 2 монографии, 8 статей в рецензируемых журналах, 15 статей в тематических сборниках и трудах конференций, 3 статьи депонированы в ВИНИТИ. Основное содержание диссертационной работы изложено в монографиях «Геоморфология вулканических гор ложа океана» (2004) и «Атлас подводных фотографий Красноморского рифта» (1983) (в соавторстве).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 445 наименований и Приложения. В Приложении представлен Каталог данных о вулканических горах ложа океана. Объем работы 289 страниц, включая 54 рисунка, 5 таблиц.
Благодарности. Первые слова благодарности за творческий настрой при написании диссертации автор адресует своим учителям, преподавателям МГУ им. М.В. Ломоносова, академику РАН Е.Е. Милановскому и профессору Е.И. Игнатову, которые ввели его в мир Науки и позволили увидеть ее увлекающие горизонты. В работе над диссертацией помогли советы и замечания профессоров В.Г. Казьмина (ИО РАН), И.О. Мурдмаа (ИО РАН), Ю.А. Павлидиса (ИО РАН), Ю.Г. Симонова (МГУ), С.К. Гулёва (ИО РАН), Е.П. Дубинина (Музей землеведения МГУ), А.В. Ильина (ГИН РАН), А.В. Самохина (МУИГА). Автор выражает им свою глубокую признательность. Работа создавалась в творческом коллективе лаборатории геофизических полей Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН, и автор благодарен ее сотрудникам за оказанное внимание, поддержку и помощь. Особенно автору хочется поблагодарить своих коллег старших научных сотрудников К.В. Попова и С.В. Лукьянова.
II. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ