В общей проблеме эволюции природной среды во время древних оледенений весьма важным является вопрос о ледниковых процессах, преображавших облик земной поверхности.
Если нетрудно представить ледниковые процессы, протекавшие на гляциальных и перигляциальных шельфах, то вообразить природа подводных разрушительных процессов, протекавших на больших глубинах дна океана, оказалось значительно сложнее. К числу самых загадочных явлений всегда относились суспензионные, или мутьевые, потоки, возникавшие в зоне материкового склона Мирового океана. Ведь по существу нужно было вообразить что-то похожее на подводную реку, текущую по дну океана.
Следует напомнить, что впервые мутьевые потоки как явления, формирующие глубоководные равнины, были обнаружены в европейских озерах и фьордах. Затем с ними стали сталкиваться при прокладке морских телеграфных кабелей. Хорошо известен, например, случай разрыва подводных кабелей при землетрясении на окраине Большой Ньюфаундлендской банки в 1929 г. Но по мере накопления фактического материала стало очевидным, что современные мутьевые потоки — это эпизодические и обычно случайные явления. Напротив, древние мутьевые потоки были следствием деятельности крупномасштабных экзогенных процессов. Как затем оказалось, циклы их развития были синхропны с эрозионными циклами эволюции континентальных шельфов, которые совпадали с эпохами крупных регрессий океана. Несмотря на эти обстоятельства, долгое время причины, возбуждавшие широкое развитие мутьевых потоков, оставались малоизвестными.
Идея о мутьевых потоках, возникавших в четвертичный период при таянии ледниковых покровов и воздействовавших на глубоководную поверхность дна океана, возникла сравнительно недавно. В той или иной мере она высказывалась в трудах М. Юинга, Д. Эриксона, Ф. Шопена, Б. Хейзена, Д. Мура, Ф. Шепарда, Р. Пратта, Д. Стенли, А. В. Ильина, Г. Г. Матишова. Согласно представлениям этих исследователей, мутьевой поток — это суспензионный, т. е. насыщенный взвесью, поток большой (1,5—2,2 г/см3) плотности, перемещающийся в виде линейного тела вниз по материковому склону под действием силы тяжести.
Ранее была показана важнейшая роль ледников и материкового оледенения в целом в рельефообразовании и литогенезе на шельфах умеренных и полярных областей океана. Кроме того, появились новые представления о глубоководном долинном расчленении дна океана. Основываясь на этом, нами была существенно дополнена гипотеза о ледниково-мутьевых потоках. В основу гипотезы положена идея о парагенетической связи ледниково-мутьевых потоков с мощным стоком талых ледниковых вод, выносивших с шельфа огромную массу взвешенного терригенного материала. Эти процессы, порожденные древним оледенением и проявлявшиеся практически синхронно на обширном пространстве от береговой линии до абиссальных равнин, вызывали в целом колоссальное перемещение обломочного материала с высоких гипсометрических уровнен на низкие.
Можно предположить, что степень насыщенности взвесью, интенсивность, частота и многие другие особенности ледниково-мутьевых потоков определялись прежде всего местоположением на шельфе края Антарктического, Лаврентьевского, Гренландского, Исландского, Британского, Скандинавского, Шпицбергенского, Алеутского ледниковых покровов, режимом их таяния и объемом водно-ледникового стока. Как уже отмечалось, в максимальные стадии развития плейстоценового оледенения фронт европейских и североамериканских ледниковых покровов располагался в зоне материкового склона, вдоль края шельфа, или не доходил до него на несколько десятков километров. Кроме того, некоторые ледниковые покровы продвигались далеко на юг Северной Атлантики, в частности до широты мыса Код в Северной Америке и широты Ла-Манша в Западной Европе. На перигляциальных шельфах в условиях гляциоэвстатического понижения уровня океана на 120 м береговая линия проходила вблизи бровки материкового склона. Следовательно, в ледниковые эпохи зона, пограничная между гляциальными и перигляциальными шельфами, с одной стороны, и материковым склоном — с другой, имела с точки зрения перемещения и накопления обломочного материала такое же значение, как и современная береговая зона.
Рассмотрим теперь особенности питания подводных долин материкового склона за счет талых ледниковых вод. По аналогии с четвертичными речными системами перигляциальных областей суши можно выделить долины с подледниковым, приледниковым и перигляциальным типами питания.
Подледниковый тип питания был характерен для подводных каньонов и подводных ущелий, расчленяющих узкие континентальные окраины в районах Южной Гренландии, Южной Исландии, Северо-Западной Норвегии, Баффиновой Земли, Центрального Лабрадора. Здесь фронт ледников, перекрывающих шельф, в основном располагался в верхней части материкового склона. Все каналы стока талых ледниковых вод, находящиеся на внешнем шельфе, соединяются с верховьями каньонов и ущелий, поэтому можно полагать, что из-под активных ледников прямо в подводные долины вырывались под большим гидростатическим напором подледниковые потоки талых вод. Не исключено, что во многих случаях верховья подводных долин до изобаты 500 м могли непосредственно подвергаться экзарации.
Приледниковый тип питания, вероятно, был характерен для подводных долин, верховья которых находились в 5—40 км от края ледниковых покровов, растекавшихся по сравнительно широким (150—300 км) гляциальным шельфам. Вблизи бровки таких шельфов обычно затоплены фрагменты древних береговых линий (клифы). К верховьям подводных долин, как правило, приурочиваются устья крупных приледниковых каналов стока талых ледниковых вод. Следовательно, питание осуществлялось в субаэральной обстановке за счет концентрированных водно-ледниковых потоков. Однако это не исключает того, что во многих случаях, например в Медвежинской, Кабота и других суббатиальных впадинах, большой объем холодных талых вод мог стекать на материковый склон под всплывшими материковыми льдами, т. е. под шельфовыми ледниками.
Перигляциальный тип питания был характерен для большого количества подводных долин, верховья которых связаны с крупными долинами и каналами стока талых ледниковых вод на перигляциальных шельфах. Истоки указанных водно-ледниковых систем, дренировавших обширные песчаные зандровые покровы (покровные зандры) — Армориканский, Кельтский, Большой Ньюфаундлендский, Новошотландский, Новоанглийский, находились соответственно в Северном и Ирландском морях, на прибрежном шельфе у южного края Ньюфаундлендского и Лаврентьевского ледниковых покровов. Во многих случаях каналы и долины стока являются погребенными и обнаруживаются по материалам сейсмопрофилирования и бурения дна. Например, погребенные каналы-притоки выявлены у подводных каньонов, врезанных в моноклинальную банку Джорджес-Банк, у каньона Гидрограф (канал стока Грент-Саут-Ченнел), каньона Гильвинек, врезанного в край армориканского шельфа.
По мере приближения к южным границам перигляциальных шельфов питание подводных долин, вероятно, приобретало смешанный характер за счет флювиогляциальных и флювиальных источников. В качестве примера можно привести те подводные каньоны и ущелья, которые питались за счет наносов таких четвертичных рек, как Гудзон, Лаура, Гаронна и др.
В эпохи древних покровных оледенений и в начале межледниковий твердый сток водно-ледниковых потоков и отчасти айсберговые осадки накапливались в верховьях подводных долин всех типов. По существу верховья подводных долин представляли собой воронки сбора осадков, в которых могли формироваться главным образом флювиогляциальные дельты. Сравнительно быстрое осадконакопление на крутых (до 5—10°) высоких уступах и откосах вызывало нестабильные условия залегания новейших отложений. В силу этого периодическое сезонное увеличение темпов поступления терригенных наносов было главной причиной нарушения равновесия перигляциальных морских осадков и зарождения и схода ледниково-мутьевых потоков. Возникновение мутьевых потоков на осушавшихся вершинах плато Роколл, Хаттон, Флемиш-Кап могло быть связано с перегрузкой островных склонов большим объемом айсберговых осадков.
Наиболее часто спуски ледниково-мутьевых потоков отмечались, по всей вероятности, в самом начале дегляциации, когда сток талых ледниковых вод достигал максимальных объемов. Самый интенсивный их режим мог быть при подледниковом и приледниковом питании подводных долин. Относительно реже ледниково-мутьевые потоки функционировали в условиях поступления питания с перигляциальных шельфов. Катастрофические спуски мощных потоков обычно возникали при прорывах многочисленных подпрудных ледниковых озер, а также во время вулканических извержений под древними ледниковыми покровами исландского и ян-майенского шельфов. Можно предположить, что деятельность ледниково-мутьевых потоков в Южном океане, Северной Атлантике и Норвежско-Гренландском бассейне имела в большинстве случаев более или менее постоянный квазистационарный характер с определенным сезонным колебанием режима.
Анализ сейсмических профилей и материала бурения свидетельствует о возможности синхронного врезания подводных каньонов, ущелий и оврагов и проградации края шельфа, осадконакоплении на водораздельных пространствах. О том, что по непрерывной системе «подводный каньон — абиссальный канал» происходила активная транспортировка терригенных осадков на большие (4—5 км) глубины дна океана именно с гляциальных шельфов, можно судить по особенностям гранулометрического и минерального составов песков. Вниз по течению системы «подводный каньон — абиссальный канал» преимущественно слабо сортированные крупнозернистые кварцевые пески с галькой и гравелистые пески постепенно сменяются более или менее хорошо сортированными и окатанными средне- и мелкозернистыми кварцевыми песками с меньшим количеством гравия. Сравнение минералогического состава песков (кварц, полевой шпат) со дна абиссальных каналов и подводных каньонов к востоку от берегов США и в районе Новой Шотландии показало их полное соответствие составу кристаллических пород Аппалачей, верхнечетвертичных песков в долинах рек Гудзон, Делавэр, Саскуэханна и зандровым пескам шельфа. Река Гудзон имеет прямое соединение с одноименным подводным каньоном по полу погребенной на шельфе долине. Изучение глинистых минералов из 10-метрового разреза турбидитов на материковом подножии и абиссали к югу от Большой Ныофаундлендской банки позволило установить три ассоциации глин: красноцветные турбидиты, обогащенные каолинитом, перенесенные из залива Св. Лаврентия; песчанистые турбидиты с монтмориллонитом, образованные за счет размыва водно-ледниковых отложений шельфа; глинистые турбидиты окраины Большой Ньюфаундлендской банки.
Сравнительно хорошо сортированные средне — и грубозернистые кварцевые пески с прослоями гравия выстилают широкое дно Лабрадорского срединно-океанического капала. В песчаных слоях мощностью до 2—3 м иногда отмечается косая слоистость. Скважины, вскрывшие мощный (230—250 м) четвертичный разрез соответственно в устье капала Имарссуак и прирусловом валу канала Мори, также свидетельствуют о выстилании дна абиссальных каналов песчаными отложениями. В каналах была пробурена серия сравнительно мощных (1—10 м) песчаных пластов, переслаивающихся с глинистыми толщами. Для кварцевых и реже тяжеломинеральных песков канала Имарссуак характерны прослои вулканического песка (стекло), видимо, исландского и восточно-гренландского происхождения. На дне канала Мори залегают в основном черные вулканические пески с базальтовым гравием, в отдельных колонках но трассе канала выделяются пылеватые кварцевые пески (фракции 0,06—0,12 более 50%). В составе вулканических песков преобладают вулканическое стекло, пепел и другие пирокластические обломки, питающей провинцией которых, вероятно, была Исландия. Объем огромного по площади и мощности (до 250 м) отложений конуса выноса Мори между 58—54° с. ш. по предварительным подсчетам составляет 18 тыс. куб. км, а вдоль остальной трассы канала (на 1,4 тыс. км южнее) объем слагающих его вулканогенных турбидитов составляет около 12 тыс. куб. км.
Для понимания режима и продолжительности деятельности ледниково-мутьевых потоков существенным является тот факт, что вдоль русел абиссальных каналов накопились песчаные пласты мощностью в 1—10 м и более. Каждый такой пласт песков, видимо, отражает одни цикл деятельности потоков, включающий в себя большое количество квазистационарных спусков взвешенного терригенного материала. Продолжительность цикла может быть равна крупной стадии или эпохе.
В поздне- и послеледннковье, в частности в самом начале голоцена, в условиях трансгрессии океана объем взвешенного терригенного материала, поступающего в зону бровки материкового склона, резко сократился. В голоцене, как известно, большая часть минеральной взвеси осаждалась в поперечных и краевых желобах шельфа. В связи с этим размеры и частота развития ледниково-мутьевых потоков резко уменьшились. Эти показатели были на порядок ниже, чем в ледниковые эпохи. Достаточно отметить, что мощность позднеледниковых песчаных прослоев не превышает 0,2—0,4 м. В течение последних 7—8 тыс. лет на дне подводных долин материкового склона и абиссальных каналов происходило пелагическое (в основном карбонатное) осадконаконление. При накоплении современных осадков заметно влияние так называемых нефелоидных знакопеременных течении, выносивших с шельфа органическую и минеральную взвесь на большие глубины дна океана.
Важной особенностью абиссальных каналов является их обвалованность на всем протяжении естественными дамбами. Обычно на междолинных возвышенностях выделяется серия из двух—четырех прирусловых валов высотой 5—10 м. Для морфологии широких «водоразделов» характерны слегка вогнутая внутренняя часть и приподнятые в виде крупных намывных гряд краевые части. Такая форма рельефа могла возникнуть при выпадании большой массы взвешенного материала вдоль бортов абиссальных каналов и значительно меньшем выносе его к центру «водоразделов».
Характерно также, что в осадочном разрезе междолинных возвышенностей преобладают переслаивающиеся алевриты и глины, отмечаются косая и горизонтальная слоистости, а также прослои, гнезда и зерна мелкого кварцевого и местами вулканического песка. Такое строение осадочного разреза, вероятно, следует считать следствием чередования фаз сильного течения, формировавшего косую слоистость с фазами, при которых отсутствовало придонное движение воды и из взвеси относительно спокойно отлагались горизонтальные слои осадков.
Все перечисленные факты свидетельствуют о том, что ледниково-мутьевые потоки при движении по абиссальным каналам не только переполняли своп долины, но и широко распространялись в боковых направлениях. Вследствие взмучивания и разлива потоков вдоль их трасс возникало, вероятно, большое «облако взвеси», состоявшее из глинистых и алевритовых частиц. На «облако взвеси», толщина которого составляла минимум несколько сот метров, заметное влияние должны оказывать постоянные дойные течения. Они придают массе взвешенных осадков асимметричную форму и влекут за собой неравномерное надстраивание «водоразделов» сверху по обе стороны от русла каналов. В процессе переслаивания осадков, слагающих «водоразделы», определенную роль играла также айсберговая седиментация.
Судя по данным сейсмопрофилирования и бурения дна, начало осадконакопления вдоль трасс абиссальных каналов и зарождение последних коррелируется с первыми признаками материкового оледенения в середине и конце плиоцена. Вдоль каналов Мори, Сервейер и Имарссуак бурением вскрыты самые мощные (300—500 м) разрезы перигляциально-морских отложений. Следовательно, вдоль трасс ледниково-мутьевых потоков скорость накопления осадков была в несколько раз выше, чем на окружающих глубоководных пространствах океана. По приблизительным подсчетам, с учетом мощности турбидитов, равной в среднем 200—250 м, суммарной ширины каналов с прирусловыми валами в 15 км и общей протяженности всех каналов 200 тыс. км в ледниковый период вдоль системы абиссальных каналов Северной Атлантики и Норвежско-Гренландского бассейна было вынесено и отложено примерно 2Х1015 т наносов. Такой объем осадков могли вынести в океан в течение плиоцен-плейстоцена две такие реки, как Амазонка с величиной современного твердого стока 5Х108 т/год.
Таким образом, специфика ледниково-мутьевых потоков заключалась в том, что масса перемешиваемого ими взвешенного грубозеринстого и глинистого материала достигала громадных размеров. Благодаря сильной насыщенности взвесью относительно холодные и, следовательно, тяжелые ледниково-мутьевые потоки обладали достаточно большой плотностью. Поэтому они при своем зарождении в верхней части материкового склона спускались на поверхность и, очевидно, перемещались как гравитационные потоки по законам течения вязкой жидкости. В подводных долинах в зависимости от величины уклонов русла (2—40°) ледниково-мутьевые потоки, естественно, приобретали ускорение и четкую линейную направленность. Скорость мутьевых потоков может достигать десятков километров в час. Например, скорость мутьевого потока, катастрофически спустившегося в 1929 г. но материковому склону в районе желоба Кабота, была порядка 100 км/ч, а при выходе на абиссальные равнины уменьшалась до 20 км/ч. В этой обстановке формирование морфологии долин материкового склона происходило в результате воздействия подводных рельефообразующих процессов, подобных русловым в горных речных долинах.
Обладая большой эродирующей и транспортирующей способностью, ледниково-мутьевые потоки выносили к подножию материкового склона громадную массу обломочного материала. В зоне материкового склона суспензионные потоки приобретали такие гидродинамические параметры, при которых были способны, выходя на субгоризонтальные равнины материкового подножия и абиссали, выполнять огромную эрозионно-аккумулятивную работу.
Эти потоки, в частности, поддерживали и переносили во взвешенном состоянии разнозернистые пески на расстояние в многие сотни и тысячи километров. Свидетельством подводных «русловых процессов» в абиссальных каналах являются прирусловые валы, террасированность обрывистых склонов на отдельных их участках. Воздействие мутьевых течений на выходы коренных пород в русле отмечается в виде их полировки, рифления, образования ямчатых углублений и ступеней. Крутые борта русел подвержены обрушению, особенно на участках выхода у их кровли литифицированных прослоев. На определенное контролирование движения ледниково-мутьевых потоков силами Кориолиса указывают асимметрия долин и меандрирование их русла. Все эти морфологические особенности в определенной мере роднят механизм развития ледниково-мутьевых потоков на абиссальных равнинах с речными потоками, имеющими предельно малый (0,000026—0,00005) уклон продольного профиля дна.
В свете изложенных данных можно сделать некоторые выводы в отношении описанных выше абиссальных каналов. Прежде всего, представляется неудачным применяемый к ним иногда термин «долина». Это не долинные, а именно русловые формы, так как формирующий поток в большинстве случаев целиком заполняет их. На дне есть и настоящие долинные формы, где русловой процесс локализован в тальвеге. Далее, сравнение глубины русел и мощности одновозрастных осадков на прилегающих участках дна показывает, что это не эрозионные формы, они образовались в результате аккумулятивного наращивания поверхности прилегающего дна. В ложе русел накопление материала также происходило, но гораздо медленнее (из-за высокой подвижности среды), и материал этот наиболее грубый — в основном пески флювиогляциального происхождения. Естественно, что при движении мутьевого потока происходил частичный размыв стенок и днища каналов, а при меандрировании проявлялась и боковая эрозия, но главный процесс в русле канала — транспорт осадков.
По-видимому, с этим обстоятельством связано одно существенное отличие системы абиссальных каналов от речных бассейнов суши — очень низкий порядок главных артерии — 4—5 против 8—12 на суше. Таким образом, несмотря на внешнее сходство речных систем и систем абиссальных каналов Северной Атлантики, их функции весьма различны: первые — фактор денудации и переноса осадочного материала, вторые — фактор его транспорта и аккумуляции. На поверхности глубоководных конусов, где абиссальные каналы разветвляются вниз по уклону, распределяя материал, это видно особенно наглядно.
Итак, существующий современный геоморфологический облик материкового склона, материкового подножия и равнин ложа океана следует считать реликтом позднекайнозойского материкового оледенения. Морфология глубоководного долинного расчленения дна отражает плейстоценовый цикл подводной эрозии, однако этот цикл был характерен не только для акваторий океана в высоких широтах, но и для континентальных окраин в целом. Доказательством служат абиссальные каналы конусов выноса рек Конго, Амазонки, Инда, экваториальный срединно-океанический канал вдоль границ континентальной окраины Бразилии и многие другие глубоководные каналы дна океана в экваториальной и субтропической зонах. Абиссальные каналы, и в частности срединно-океанические каналы Лабрадорский и Мори, а также абиссальные каналы Сервейер, Хорайзм, Маклая на дне северо-восточной части Тихого океана, глубоководные каналы на дне Южного океана вокруг Антарктиды и в других областях древнего покровного оледенения земной поверхности представляют собой феноменальные явления океанического перигляциала.
По всей вероятности, плювиальные обстановки, возникшие в четвертичный период при смене ледниковых и межледниковых эпох, повлекли за собой обводнение суши и резкое увеличение деятельности флювиальных систем Амазонки, Конго, Нигера и др. В условиях гляциоэвстатических регрессий эти крупнейшие реки осаждали свои твердый сток непосредственно в верховья подводных долин материкового склона, в которых формировались мутьевые потоки.
Ледниково-мутьевые потоки, оставившие столь рельефный след на материковом склоне и абиссальных равнинах северной части Атлантического и Тихого океанов, Норвежско-Гренландского бассейна и Южного океана, парагенетически связаны с мощным водно-ледниковым стоком. Древние ледниковые покровы, таким образом, явились важнейшим фактором в образовании ледниково-мутьевых потоков. В целом же покровное оледенение земной поверхности, повлекшее за собой планетарное изменение морфоклиматической зональности и гляциоэвстатические колебания уровня океана, создало в плейстоцене на континентальной окраине Мирового океана главные предпосылки к формированию мутьевых потоков. Масштаб их рельефообразующей роли в развитии глубоководных равнин дна океана в определенной мере сопоставим с эндогенными факторами.