Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2022, T. 504, № 2, стр. 121-126

Одной из задач 53-го рейса НИС “Академик Сергей Вавилов”, состоявшегося осенью 2021 г., было изучение внутриплитных процессов в Северной Атлантике. Эти процессы, как правило, сопряжены с подъемом плюмов глубинной мантии, порождающим внутриплитный вулканизм, что приводит к формированию на поверхности океанического дна отдельных вулканических гор, их цепей, а также вулкано-тектонических поднятий. Исландский и Азорский – это наиболее крупные плюмы в Северной Атлантике. Первый из них расположен под осевой зоной спрединга Срединно-Атлантического хребта (САХ), второй находится вблизи нее [1]. Между этими двумя плюмами на восточном фланге САХ отмечается ряд более мелких плюмов, функционирование которых привело к образованию Азоро-Бискайского поднятия и вулканических гор вблизи трога Кинг. На восточном фланге крупного трансформного разлома Чарли Гиббс в Северной Атлантике находится подводное поднятие Восточное Туле [2]. Симметрично этому поднятию на западном фланге САХ располагается поднятие Западное Туле, что дает основание полагать, что в геологическом прошлом эти два поднятия были единой структурой, сформировавшейся в осевой зоне спрединга САХ в результате подосевого поднятия плюма глубинной мантии [3]. Возраст этого поднятия оценивается в 54–46 млн лет (эоцен), а вулканическая активность в его пределах продолжалась около 8 млн лет [3]. Образование поднятия Туле связывается с горячей точкой Милна, которая существовала под осевой частью САХ с 76 млн лет и мигрировала вдоль САХ как к югу, так и к северу [4].

В 50-м рейсе нис “Академик Николай Страхов” в районе поднятия Восточное Туле была обнаружена и подтверждена батиметрической съемкой крупная подводная гора с центром 51°15′ с.ш., 19°35′ з.д. (в дальнейшем гора 51-19). Она располагается на приподнятой линейной структуре, отходящей в юго-восточном направлении от поднятия, объединяющего плато Роколл и впадину Роколл, которая прослеживается под осадками на сейсмических профилях [5]. Эта структура протягивается параллельно поднятию Восточное Туле и отделена от него узкой глубокой депрессией (рис. 1).

Рис. 1.

Карта рельефа района восточного фланга разлома Чарли Гиббс (Северная Атлантика). Белым прямоугольником показано положение рис. 2.

Во впадине Роколл имеются погруженные позднемеловые вулканические хребты Барра [5]. В настоящее время трудно однозначно сказать, является ли данное поднятие юго-западным продолжением хребтов Барра или оно относится к поднятию Восточное Туле, когда-то разделенному на две части глубокой депрессией.

На основе батиметрической съемки с помощью многолучевого эхолота RESON SEABAT-7150 была построена среднемасштабная батиметрическая карта горы 51-19 (рис. 2а). В 53-м рейсе НИС “Академик Сергей Вавилов” в этом районе были проведены магнитная съемка с использованием магнитометра SeaSpay (рис. 2б) и драгирование.

Рис. 2.

Карта рельефа (а) и карта аномального магнитного поля (б) в районе горы 51-19. Черные кружки на (а) – положение станций драгирования. На (б): 1 – магнитные профили 53-го рейса НИС “Академик Сергей Вавилов”; 2 – магнитные профили из геофизической базы GEODAS [6].

Гора 51-19 имеет форму, близкую к усеченному конусу, слегка вытянутому в меридиональном направлении. Она возвышается над уровнем дна на 1500 м, поднимаясь с глубины 4000 м. Ее плоская вершина располагается на глубине 2500 м. Диаметр ее основания около 18 км, а размер плоской вершинной части (с севера на юг) – 8 км. Склоны горы осложнены мелкими конусовидными горами диаметром до 1.5 км и высотой от 100 до 200 м, особенно их много на северо-восточном склоне горы. Таким образом, морфология горы свидетельствует о том, что это вулканическая постройка, которая ранее выступала над уровнем моря. Ее вершинная часть была размыта волновой абразией на уровне поверхности моря и указывает на этап разрушения потухшего вулкана, до того, как образовавшийся гайот стал опускаться вместе с опусканием океанического дна. Мелкие конусовидные горки являются побочными вулканическими постройками.

По результатам магнитной съемки была построена карта аномального магнитного поля горы 51-19 с использованием данных геофизической базы Geodas [6]. Горе соответствует обширная однополярная отрицательная аномалия с максимальной амплитудой около –550 нТл. Как и сама гора, аномалия слегка вытянута в меридиональном направлении. В структуре аномалии четко выделяются два локальных отрицательных экстремума –550 и –450 нТл, разделенных зоной повышенных значений поля. Менее интенсивный северо-восточный экстремум в плане соответствует склону горы, где имеет место концентрация побочных вулканов. Таким образом, очевидно, что рассматриваемая вулканическая постройка образовалась в одну из эпох существования обратной полярности магнитного поля Земли. Непосредственно к северу от горы 51-19 выделяется положительная аномалия около +50 нТл, которая, по-видимому, связана с другими источниками аномального поля.

В процессе экспресс-обработки данных по схеме, предлагаемой в [7], установлено, что аномалию от горы 51-19 можно аппроксимировать набором двух дипольных источников. Первый расположен в ее южной части на глубине свыше 8 км (4 км ниже дна). Полученные подобным образом оценки для конических и цилиндрических тел дают глубину, близкую к их основанию, т.е. нижней кромке. Второй источник расположен в северо-восточной части горы. Глубина до него 3.3 км, что соответствует северо-восточному склону постройки. Это свидетельствует в пользу того, что этот источник генетически связан с концентрацией в этой части горы упомянутых выше небольших конусообразных вулканических построек. Исходя из проделанных расчетов, можно ожидать, что под горой располагается застывшая магматическая камера, простирающаяся до глубины 4 км.

Основываясь на глобальной гравитационной модели Земли с разрешением 2 угловых минуты, представленной в работе [8], для горы 51-19 и ее окрестностей была построена карта остаточных аномалий Буге (исключен билинейный тренд) (рис. 3).

Рис. 3.

Карта остаточных аномалий силы тяжести в редукции Буге [8]. Прямоугольником оконтурена область рис. 2.

Эти аномалии формируют в данном районе знакопеременную, квазикольцевую, концентрическую структуру. Центральная гравитационная отрицательная аномалия округлой формы совпадает с самой горой и, соответственно, ее появление обусловлено повышенной мощности коры в районе горы, сформировавшейся в ходе вулканической активности. Эта аномалия окружена полукольцом положительных локальных остаточных аномалий, что указывает на уменьшенную мощность коры вокруг вулканической постройки. Скорее всего, уменьшение мощности коры по периферии вулкана связано с прогибом литосферы из-за литостатической нагрузки. В свою очередь, это говорит о формировании вулкана на достаточно тонкой литосфере, возможно, вблизи осевой зоны САХ.

В верхней части восточного склона горы 51-19 были сделаны две станции драгирования: V5333 (51.25° с.ш., 19.55° з.д. в интервале глубин 3150–2600 м) и V5334 (51.24° с.ш., 19.54° з.д. в интервале глубин 2680–2630 м) (см. рис. 2а). Результаты драгировок подтвердили вулканическую природу горы. Наряду с породами, являющимися продуктами ледового разноса, подняты базальты, среди которых выделяются афировые и порфировые разности (до 10–15% вкрапленников). В последних преобладают вкрапленники плагиоклаза, но также встречаются оливин и клинопироксен. Есть пористые разности афировых базальтов. Округлые пустые поры размером от 0.5 до 7 мм составляют 20–25% объема породы. Очевидно, что сильно пористые базальты сформировались либо в мелководных условиях, либо выше уровня моря.

Таким образом, исследованная гора 51-19, являющаяся гайотом, сформировалась в результате мощного импульса вулканической активности. Сформировавшийся вулкан выступал над уровнем моря. Перестав быть активным, он дрейфовал вместе с Евроазиатской плитой в восточном направлении, погружаясь вместе с океанической частью плиты. Когда его вершинная часть достигла уровня поверхности моря, она под абразионным действием волн была срезана. В соответствии с глубинным уровнем плоской поверхности горы (2500 м) и с учетом скорости опускания океанического дна со скоростью около 0.04 мм/год согласно [9], полностью гора 51-19 оказалась ниже уровня моря около 62.5 млн лет назад. Следовательно, возникла она в еще более раннее время. Принимая во внимание, что гора 51-19 находится между полосовыми магнитными аномалиями 25 и 31 [10], она могла образоваться в соответствии с магнитостратиграфической шкалой [11] в интервале 64–70 млн лет. Поскольку над горой находится отрицательная магнитная аномалия, этот интервал можно сузить до 64–67 млн лет (поздний мел) – времени обратной магнитной полярности [11]. Этот возраст свидетельствует о том, что вулкан формировался вблизи осевой зоны САХ, что хорошо согласуется с приведенными выше данными об аномалиях Буге над горой, которые говорят об относительно тонкой литосфере под горой во время ее образования.

Эта расчетная возрастная оценка вулканической активности ближе ко времени образования вулканических хребтов Барра, возраст которых в соответствии с [5] – поздний мел. Следовательно, можно ожидать, что вулканизм в рифтовой впадине Роколл оказывал влияние на более южный район, который уже являлся океаническим бассейном и был отделен от нее трансформным разломом Чарли Гиббс.

Таким образом, проведенные исследования показали, что подводная гора 51-19, расположенная у восточного окончания разлома Чарли Гиббс, является гайотом, образовавшимся при разрушении под действием волн верхней части вулкана, сложенного базальтами, возникшего около 64–67 млн лет вблизи осевой зоны спрединга САХ. Скорее всего, данный палеовулкан является продуктом позднемеловой вулканической активности, имевшей место в данном регионе и приведшей к образованию вулканических хребтов Барра во впадине Роколл.