О двух рельефах Антарктиды

В отличие от всех континентов Антарктида представляет собой как бы двуслойный пирог. Верх его сложен из льда, фундамент – из изверженных и осадочных пород, как и любой другой континент. Значит, и изучать надо две поверхности, два рельефа – льда и подледного ложа.

Исследование подледного рельефа начинается с гор. Это те формы, которые частично выступают из-под ледяного панциря, а там, где они близко подходят к поверхности, находят свое сглаженное отражение в формах ледника.

Если главной трудностью в изучении рельефа ледяного купола являются климатические условия, затрудняющие проведение геодезических работ и залетов с аэросъемкой, то для изучения подледного рельефа надо научиться еще видеть сквозь лед. Это может только геофизика. Поэтому ей принадлежит основное слово о строении Антарктиды. Конечно, есть еще метод бурения, посредством которого определяют глубину до каменных пород и по добытому керну изучают их характер. Но бурение на большие глубины, да еще в условиях Антарктиды – метод дорогой и сложный, и с его помощью определяют толщину льда и состав пород лишь в весьма ограниченном числе точек.

В первые годы исследования Антарктиды для определения толщины льда и характера подледного рельефа широко применялся комбинированный гравитационно-сейсмический метод. С помощью этого метода были составлены первые карты подледного рельефа. Однако позже на смену пришел более точный и более производительный метод радиоэхозондирования, основанный на отражении от каменного ложа радиоволн, возбуждаемых специальным передатчиком. Эта аппаратура может быть установлена даже на самолете, и тогда вдоль трассы полета получаются точный профиль подледного рельефа и профиль поверхности ледника. На рис. 9 приводится одна из последних обобщенных карт подледного рельефа, построенная Г. А. Значко-Яворским по всем доступным данным.

Рис. 9. Карта подледного рельефа Антарктиды (по Г. А. Значко – Яворскому)

Мы уже рассказывали, что если брать рельеф Антарктиды по льду, то это самый высокий континент. Его средняя высота 2040 м. По крайней мере 30 % площади континента имеют более 3000 м. Если принимать рельеф по каменному ложу, то это самый ординарный континент со средней высотой 360 м. Средняя высота Азии (наиболее высокого континента) 960 м.

Рис. 10. Рельеф Антарктиды.

Разрез по 90° долготы от моря Беллинсгаузена через Южный полюс до моря Дейвиса (по К. С. Лосеву). Горы: 1 – Элсуорт, 2 – Трансантарктические, 3 – Гамбурцева; 4 – лед; 5 – каменные породы

На рис. 10 приведен разрез рельефа Антарктиды по 90 ° долготы от берега Эйтса в Западной Антарктиде через горы Элсуорт, Трансантарктические горы, Южный полюс, горы Гамбурцева и до берега Правды в Восточной Антарктиде.

Сейчас мы уже хорошо знаем, что Антарктида – материк с весьма сложным рельефом. Низкий мелкосопочный рельеф прибрежной полосы переходит в береговые горные хребты, а дальше в высокогорные плато, разделенные глубокими депрессиями.

Горы, выступающие над льдом, нунатаки, оазисы

К внешнему рельефу Антарктиды относятся не только ледовый покров, но и горы, горные цепи, протыкающие ледяной щит и выступающие на поверхность, нунатаки – выступающие невысокие, голые вершины отдельных гор, и участки каменных, свободных от льда площадей – так называемые оазисы. Это каменистые участки суши, обычно имеющие мелкосопочный рельеф, окруженные льдами и в силу особого микроклимата, определяемого окружающими льдами, горами и воздушными течениями, не покрытые вечным снегом. Здесь скальные породы выходят на поверхность. Часто в оазисах встречаются пресные озера, оттаивающие летом. Как непохожи эти оазисы на то, что мы привыкли так называть. Среди песков пустыни вдруг встречается пальмовая роща, под пальмами – колодец или из-под земли бьет живительный ключ, журчит вода, зеленая трава радует глаз. Здесь, в Антарктиде, – это голые скалы, каменистая россыпь, порой небольшое озерцо, покрытое льдом, оттаивающее в летнюю пору, притом не везде.

Много оазисов обнаружено вблизи побережья Восточной Антарктиды: оазисы Бангера, Ширмахера, Вестфол, Уиндмилл и многие другие. Площадь оазисов колеблется от десятков до сотен квадратных километров. Так, оазис Вестфол занимает 700, Ширмахера – 15, Бангера – 350 км2. Озера в оазисах тоже разные. Например, в оазисе Бангера есть озеро, зеркало которого имеет длину 20 и ширину около 2 км. Глубина озера более 40 м. Летом вода в озере нагревается до 12 °C, а окружающие скалы даже до 20 °C.

Антарктические оазисы – рай для геологов. Именно они способствуют изучению геологической истории и строения Южного континента. Здесь на выходах скальных пород записана летопись ледяного континента. Конечно, это только отрывки летописи. Всю книгу прочитать нельзя – она скрыта мощным ледяным покровом. Там уже читают геофизики. Но изучение оазисов и выходов гор открыло загадки прошлого и настоящее ледового континента.

Другая категория свободных ото льда выходов пород – это так называемые нунатаки (вершины гор, прорезавшие ледяной покров и обдуваемые ветрами).

Если общая площадь Антарктиды составляет 14 млн. км2, что почти в 2 раза больше территории Австралии, то свободная ото льда площадь примерно 30 000 км2, т. е. это квадрат со сторонами 170 x 170 км – до смешного мало.

Восточная Антарктида

От моря, ныне названного именем Росса, где в 1840 г. капитан Джеймс Росс видел гигантское извержение вулкана Эребус, сопровождаемое потоками лавы, выбросом пепла и пара, адским пламенем, освещающим бескрайние льды Антарктиды, вдоль побережья моря к юго-западу протянулась цепь гор Королевы Мод. Она переходит в хребты гор Хорлик, Тиль и Пенсакола. Это горная система с вершинами высотой до 5000 м протягивается на расстояние 2000 км. Потом вершины снижаются и скрываются подо льдом, однако уже через несколько сот километров горная цепь Шеклтона и горы Тирон на Земле Котса вновь прорывают льды и черными великанами встают из вечных снегов. Это Трансантарктические горы, делящие Антарктиду на две части – Восточную и Западную Антарктиду. Восточная Антарктида – типичный континент. К востоку от Трансантарктических гор начинаются антарктические плато, имеющие высоты каменных пород до 2000 м и ограниченные целым рядом горных цепей на севере от Трансантарктических гор в широтном направлении параллельно побережью тянется система гор Земли Королевы Мод. Она начинается с плоскогорья Ричер, далее идет массив Вольтат, горы Сёр-Роннане, Ямато. Общая протяженность ее 2000 км. Высота хребтов достигает 1800–3200 м над уровнем моря. Горные системы оканчиваются уже более низкими вершинами, переходящими в отдельные нунатаки. Несколько дальше на восток, в центральной части Земли Эндерби раскинулись одноименные горы. Они протянулись в основном в субмеридиональном направлении на 600–700 км, образуя хребты протяженностью до 70 км. Высоты их 1–2 км и сотни метров над ледяной поверхностью. К югу они быстро затухают, и в 150–200 км от океана на их южной границе встречаются лишь отдельные, выступающие из снега на десятки метров нунатаки.

На Земле Мак-Робертсона расположена горная система Принс-Чарльз, протянувшаяся почти на 600 км по меридиану в глубь материка в направлении Полюса Недоступности.

В средней части Восточной Антарктиды подледный рельеф также сложный. Однако он еще мало изучен. Внутренние ледяные плато, расположенные на высоте 3500–4000 м над уровнем моря, хранят его тайну. Средняя толщина льда Восточной Антарктиды 2070 м.

В пределах Восточной Антарктиды можно выделить три области, где мощность ледникового покрова превышает 3000 м, а кое-где достигает 4000 м. Это ледниковое плато находится южнее гор Земли Королевы Мод, охватывает Западную равнину и плато Советское, на котором расположен Полюс Недоступности. Второй областью является сектор от 110 до 140° в. д. и от 80 до 70° ю. ш. Здесь абсолютные высоты континента достигают 4000 м при почти такой же толщине льда. Горные области, окружающие это плато, препятствуют стоку льда к океану, и поэтому здесь происходит систематическое его накопление. Карта рельефа Антарктиды по льду дана на рис. 11.

Рис. 11. Карта рельефа Антарктиды по льду

Схожая картина имеет место и для приполюсной области Восточной равнины (сектор 70—150° в. д. и 80–90° ю. ш.), ограниченной Трансантарктическими горами с юго-запада и горами Гамбурцева с севера. Здесь мощности ледникового покрова также повсеместно достигают 3000 м при высотах более 3000–3500 м. Значительная часть каменного ложа этой области лежит ниже уровня моря. Карта толщин ледникового покрова приводится на рис. 12.

Рис. 12. Карта толщин ледникового покрова (по Г. А. Значко – Яворскому)

Три основных внутренних ледниковых плато являются центрами растекания льда. Их можно уподобить трем основным ледяным куполам Антарктиды. Однако они же являются и областью накопления льда, так как окружающие их горные страны, хотя и погребенные в значительной части подо льдом, служат естественным препятствием этому растеканию.

Западная Антарктида

70 % площади Западной Антарктиды расположено ниже уровня океана. Основными положительными формами рельефа являются Антарктический п-ов, срединные и прибрежные горные массивы.

Антарктический п-ов, включающий Землю Грейама, очень узок – 50—100 км, имеет сильно изрезанную береговую линию с массой прибрежных островов. В районе архипелага Пальмера, расположенного в южной части полуострова, горы достигают высоты 2000 и даже 3000 м. Здесь самая высокая вершина Антарктического п-ова – гора Джексона – 4200 м.

От гор Элсуорт, вдоль Антарктического п-ова на 150 км протянулись антарктические Анды. Их вершины, достигая в южной части 3000 м над уровнем моря, снижаются к северу до 2000 м. Хребет тянется до моря Дрейка, т. е. до конца полуострова, и проявляется даже в Южно-Антильской островной дуге, переходя в горный пояс Огненной Земли. Это уже очевидная связь Антарктиды и Южной Америки. Геологическое строение антарктических Анд не отличается от южноамериканских.

Среднюю часть Западной Антарктиды занимают горы Элсуорт, достигающие высот 3000–4000 м с самой высокой вершиной в 5140 м. Эта горная система простирается более чем на 400 км в субмеридиональном направлении почти по 90° з. д. В районе 110–150° з. д. и 75–80° ю. ш. располагается обширное плато Земли Мэри Бэрд с хребтом Форда, простирающимся на 200 км с вершинами высотой до 2 км над уровнем моря и 1 км над ледником. Третий прибрежный горный массив лежит между 120 и 150° з. д. вблизи побережья. Отдельные вершины его достигают высоты 4000 м. Так, вулкан Сидли имеет высоту 4181 м. В то же время основной уровень горного массива редко превышает 600–800 м.

Западной Антарктиде свойственны огромные перепады высот – от глубоких (до 2 км) впадин промерзшего моря до 5000-метровой вершины в горах Элсуорт. Между возвышенностями и горными системами находятся обширные впадины промерзшего океана, так что часто Западную Антарктиду уподобляют огромному архипелагу гористых островов с насквозь промерзшим океаном.

Большая часть Западной Антарктиды – слабо волнистая равнина, редко превышающая 500—1000 м, но имеющая ледниковый покров мощностью 3–3,5 км. Иными словами, в основном это промерзший океан. Таковы обширная равнина Бэрда, Земля Элсуорта, Однако средняя толщина льда Западной Антарктиды меньше средней толщины льда Восточной и составляем 930 м.

Земная кора

В предыдущих разделах мы сделали краткий обзор внешнего и подледного строения Антарктиды – двух ее верхних этажей. Заглянем глубже. Как мы уже рассказывали, континенты располагаются на жестких литосферных плитах. Под ними находится верхняя мантия. Под большим давлением литосферной плиты, несущей континент, верхний слой мантии нагревается и становится пластичным, образуя так называемую астеносферу. В силу пластичности астеносферы литосферная плита может скользить по ней по принципу скольжения конька по льду. Континент, обладая огромной массой, вдавливается в литосферную плиту так, что средняя масса континентального блока, состоящего из части континента АВ и вдавленной плиты ВС, равна средней массе океанического блока ab+bc(рис. 13). Граница, на которой происходит изменение плотностей при переходе от пород, слагающих континент, к породам литосферной плиты или от пород, слагающих дно океана, к тем же породам литосферной плиты, соответствует границе Мохо.

Рис. 13. Схема строения земной коры:

1—земная кора; 2 – литосферная плита; 3 – астеносфера; 4 – океан; 5– граница Мохо; 6 – граница раздвижения плит. С. О. X. – срединный океанический хребет

Толщина верхнего слоя Земли от физической поверхности до литосферной плиты (т. е. А В или ab) обычно понимается как толщина земной коры. Согласно теории изостазии, чем выше поднимается континент или его часть, тем они глубже погружены в подстилающую литосферную плиту и тем толще будет здесь земная кора.

Глубину от физической поверхности до зоны изменения скоростей упругих волн и плотности можно измерить сейсмическим и гравиметрическим методами. Принципиально это делается так же, как и при измерении, толщины льда, однако для таких сейсмических измерений, когда нужно получить отражение от глубоких горизонтов, требуются мощные взрывы. Поэтому данный метод, получивший название глубинного сейсмического зондирования (ГСЗ), является сложным и дорогостоящим. Выполнив ГСЗ хотя бы в одном месте и измерив таким образом силу тяжести, дальше можно воспользоваться относительным гравиметрическим методом. Конечно, это крайний случай. Надо иметь какую-то редкую сеть ГСЗ, и тогда с помощью гравиметрии можно определить толщину коры по всему континенту.

Рис. 14. Карта мощности земной коры под Антарктидой

Сейчас в Антарктиде отработано по крайней мере семь профилей ГСЗ советской, японской и американской экспедициями. На основании этих и гравиметрических измерений можно построить схему толщины земной коры Антарктиды. Здесь мы приводим более ранний вариант схемы, в основу которой легли три советских разреза ГСЗ (рис. 14). Оказалось, что мощность коры Восточной Антарктиды составляет 40–50 км, что характерно для континентов вообще. Кора Западной Антарктиды несколько тоньше – 25–35 км, что может соответствовать переходной коре от континента к океану, мощность коры которого от 6 до 15 км. Таким образом, вопрос относительно того, является ли Антарктида континентом или архипелагом, решен, в частности, и этим методом.

Немного о геологии

Антарктида – древняя платформа, частично обрамленная на Тихоокеанском побережье складчатыми горными сооружениями. По своему строению она имеет много общего с древними платформами Австралии, Южной Америки, Африки и Индии. Эта платформа не является однородной и одновозрастной во всех своих частях. Предполагают, что у значительной части Восточной Антарктиды три возрастных яруса. Нижний структурный ярус представляет собой кристаллический фундамент. Он образовался в результате метаморфизма, процессов перекристаллизации и частичного плавления огромных толщ обломочных и иных осадков. Под влиянием тектонических движений и под воздействием нагретых растворов горизонтально лежащие слои осадков и лав сминались в складки и превращались в кристаллические сланцы, кварциты, мраморы. Они гранитизировались, образовав такие породы, как гнейсы и гранито-гнейсы. Возникновение метаморфических пород сопровождалось появлением жил гранитов, пегматитов и кварца.

В кристаллическом фундаменте появлялись расколы, по которым из недр поднималась магма, создавая интрузии.

Средний структурный ярус развит в пределах платформы не так широко, как кристаллический фундамент. Он представляется мощной толщей (9—10 км) слабо метаморфизованных нижнепалеозойскйх осадочных и вулканических пород – зеленых сланцев, песчаников, конгломератов, глинистых и аспидных сланцев, смятых в пологие линейные складки. Эти осадки накапливались сотни миллионов лет в прогибах кристаллического фундамента, главным образом на окраинах платформы.

Особенно широко распространен в Антарктиде верхний структурный ярус, сложенный преимущественно слабо измененными осадочными породами среднего и верхнего палеозоя. Отложения этого яруса широко распространены на Земле Виктории, в горах Королевы Мод и в других местах. Эти отложения получили название серии Бикон. В подошве серии обнаружены остатки палеозойских панцирных рыб, что позволило оценить возраст этого слоя в 350 млн. лет. Несколько выше по разрезу встречаются ледниковые отложения, свидетельствующие об оледенении, происходившем приблизительно 300 млн. лет назад. Ледниковые отложения имеются также в пластах средне-палеозойского периода (около 150 млн. лет). В верхней части этой серии встречаются пласты каменных углей. В угольных пластах попадаются окаменелости древовидных папоротников, остатки древних хвойных деревьев, позволяющие провести четкую датировку.

Осадки серии Бикон везде лежат почти горизонтально. Это типично континентальные отложения, образовавшиеся в процессе разрушения горных сооружений нижнего и среднего ярусов платформы.

Самая примечательная особенность геологического строения Антарктической платформы – ее сходство с другими платформами южного полушария. На всех, них лежит одинаковый чехол континентальных отложений, содержащий остатки древних рептилий. Очень схоже и строение их кристаллического фундамента.

Перед оледенением (12–15 млн. лет назад) в пределах Антарктического п-ова росли хвойные и буковые леса, подобные лесам современной Патагонии. Оледенение наступило во второй половине кайнозойской эры (около 10 млн. лет назад).

Ископаемые Антарктиды

Родство Антарктиды с Южной Америкой, Южной Африкой, Индией и Австралией по геологическому строению дает право предполагать на ней наличие схожего комплекса полезных ископаемых. Конечно, здесь их трудно обнаружить и еще труднее добыть. Тем не менее в результате планомерных геологических изысканий сейчас уже обнаружены многие из них.

Прежде всего были обнаружены огромные запасы каменного угля и разнообразных железных руд. Найдены месторождения слюды, графита, горного хрусталя и целого ряда других полезных ископаемых. В Антарктиде имеются крупные осадочные бассейны, например в морях Уэдделла и Росса, в которых уже обнаружены газ и нефть (Л. И. Дубровин, С. Б. Слевич).

Иными словами, входя в семью континентов Гондваны, Антарктида обладает таким же геологическим строением и тем же набором богатств недр, что и другие континенты, однако эти запасы надежно запечатаны и вряд ли имеет смысл торопиться с их эксплуатацией.

ПОЛЮС АБСОЛЮТНОГО ХОЛОДА