Дно Чорного моря і тектоніка плит: як зв’язані?

Під майже рівною абісальною рівниною, де вода сягає понад 2210 м у південно-центральній частині, лежить осадовий чохол завтовшки до 12–14 км. Саме тому дно Чорного моря і тектоніка плит погано читаються з карти глибин: дві великі западини й хребет між ними майже не виступають на поверхні дна, бо їх засипало осадами. Britannica описує цю улоговину як плоску рівнину з віссю найбільших глибин, зміщеною до турецького берега, а шельф займає близько чверті площі моря і найширший на заході.

Для узбережжя України це розрізнення практичне. Широкий північно-західний шельф — край континентальної кори, а не «дно глибокого моря» в геологічному сенсі. Глибокі западини починаються далі від берега, за брівкою шельфу. Плутанина виникає тому, що словом «дно» називають і рельєф, який бачить ехолот, і шари під ним, які бачить лише сейсмічний профіль.

Нижче — словник понять, без якого карта басейну легко читається навпаки: рельєф приймають за вік кори, давнє розкриття — за сучасний розрив, а спірну модель походження — за встановлений факт. Зв’язок із рухом плит є, але він стосується будови басейну, а не щоденної зміни глибин біля берега.

Що означає «дно Чорного моря» з погляду геології?

У геології дно — не одна поверхня. Це стос: сучасний рельєф, товща осадів, акустичний фундамент під ними і кора, на якій усе це лежить. Рельєф відповідає на питання «де глибоко». Походження відповідає на питання «чому тут западина, а не шельф». Ці відповіді не збігаються автоматично.

Осадовий чохол

Осадовий чохол — шари мулу, глин, пісків і більш давніх порід, відкладені після того, як западина вже існувала. Простими словами, це ковдра, яка вирівняла нерівний фундамент. У західній улоговині післярифтове заповнення оцінюють у понад 12–14 км, у східній — приблизно у 8–12 км. Типова помилка — вважати, що глибина води і є «товщиною моря як геологічного тіла». Вода дає близько 2 км, а основний об’єм басейну — під нею, в осадах.

Акустичний фундамент

Акустичний фундамент — межа, нижче якої сейсмічний сигнал уже не показує шаруватих осадів. Це не обов’язково «тверде дно океану» і не лінія розлому. На хребтах серединного підняття до фундаменту часто лише кілька кілометрів порід, місцями 1–2 км дорифтових відкладів. Навколо платформ кора лишається товстою, порядку 35–40 км. Різниця з рельєфом дна пряма: ехолот малює воду, сейсміка — межу осадів і кори.

Північно-західний шельф біля українського берега входить у систему дна як континентальна окраїна. Брівка шельфу тут зазвичай не глибша за приблизно 100–130 м, далі схил переходить до глибокої рівнини. Саме на цьому переході змінюється не лише глибина, а й тип кори під осадами.

Як тектоніка плит пов’язана з Чорноморським басейном?

Тектоніка плит описує рух жорстких літосферних плит по більш пластичній астеносфері. Чорне море не є окремою плитою. Воно лежить на південній околиці Євразійської плити, між стабільнішою Східноєвропейською платформою на півночі та Альпійсько-Гімалайським поясом на півдні, де сходяться рухи Африканської, Аравійської та Анатолійської плит.

Задуговий басейн

Задуговий басейн — западина, що розкривається позаду вулканічної дуги, коли океанічна плита занурюється під край континенту, а дуга відступає. Для Чорного моря найпоширеніше пояснення саме таке: на південь занурювалася кора Неотетісу, над зоною занурення стояла Понтійська дуга на місці нинішнього північного узбережжя Туреччини, а позаду неї кора розтягувалася. Приклад — пара «дуга і море»: Понтиди лишилися гірським обрамленням, а розтяг створив західну і східну улоговини. Це відрізняється від рифту на кшталт Червоного моря, де розходяться два континенти без дуги позаду.

Зв’язок не означає, що море й досі розкривається як задугова щілина. Розтяг, який створив улоговини, належить крейді й, за частиною моделей, початку кайнозою. Пізніше те саме обрамлення почало стискати басейн: зіткнення в Туреччині й на Кавказі передавали напруження на північ. Басейн лишився records розтягу, вставленим у пояс стиснення.

Які тектонічні процеси формували дно Чорного моря?

Формування йшло не одним ривком. Спершу континентальна кора розтягувалася, потім у частині басейну вона стала дуже тонкою або змінилася корою океанічного типу, далі западина занурювалася під вагою осадів і охолодження літосфери. Вік цих кроків досі спірний, тому нижче — послідовність процесів, а не єдина календарна схема.

Рифтинг

Рифтинг — розтяг кори з нормальними скидами, коли блоки опускаються і кора тоншає. Для західної улоговини сліди ранньокрейдового розтягу, приблизно від барему до альбу, наводять багато реконструкцій. Східну улоговину частина авторів відкриває одночасно, частина — пізніше, аж до палеоцену. Приклад на профілях: західна западина асиметрична, з крутішим південним бортом, східна ближча до симетричного рифту. Помилка — шукати на карті глибин «тріщину рифту»: скиди поховані під кілометрами осадів.

Океанічна кора і потоншена континентальна

Океанічна кора утворюється, коли розтяг доходить до розриву континенту і в щілину надходить матеріал мантії. Потоншена континентальна кора — той самий континентальний фундамент, розтягнутий, але не розірваний до кінця. У глибоких частинах Чорного моря сейсміка показує кору близько 10–12 км, місцями фундамент завтовшки близько 7 км, який тлумачать як океанічну кору або експоновану мантію. Чітких магнітних смуг, як в Атлантиці, немає, тому тип кори лишається інтерпретацією. Західну улоговину частіше описують як океанічну або крайньо розтягнуту, східну — як тоншу континентальну. Це сусідні, а не тотожні стани однієї кори.

Серединне Чорноморське підняття

Серединне підняття — блок між улоговинами: хребет Андрусова і хребет Архангельського, з продовженням до підняття Шатського на північному сході. Ширококутна сейсміка, узагальнена в Geological Society, London, Special Publications, дає під хребтами кору близько 20 км зі швидкостями до приблизно 7,2 км/с — потоншену континентальну, з коефіцієнтом розтягу порядку 1,5–2. На карті глибин цей вододіл майже не видно. Саме він пояснює, чому в геології говорять про два басейни, а ехолот малює одну рівнину.

Поширена помилка виглядає так: карту глибин накладають на схему плит і оголошують усе глибоке дно океанічною корою, а шельф біля Одеси — «тим самим дном, тільки мілкішим». Закінчується це змішуванням рибальської банки на шельфі з будовою абісальної рівнини. Правильно розділити три речі: глибину води, товщину осадів і тип кори. Шельф — континентальна окраїна. Глибока рівнина ховає дві западини різної ширини. Хребет між ними — континентальний блок, а не гора на дні.

Джерело: узагальнення сейсмічних і гравітаційних моделей у Geological Society, London, Special Publications та Marine and Petroleum Geology, 2009–2020.

Цифри в таблиці — діапазони з різних профілів, не паспорт однієї свердловини. Глибина води скрізь на глибокій рівнині близька до 2 км і тому не розділяє улоговини. Розділяє їх фундамент під осадами.

Чи змінює тектоніка дно Чорного моря сьогодні?

Давнє розкриття і сучасний режим — різні стани однієї околиці. Спрединг, якщо він був, завершився. Западина відтоді переважно занурювалася: кора холонула, осади Дунаю, Дніпра, Дністра та менших річок додавали вагу. У кайнозої на бортах з’явилися структури стиснення і зсуву, особливо ближче до Кавказу, Криму і Понтид. Внутрішня частина басейну сейсмічно спокійніша за Північноанатолійський розлом на півдні.

Стиснення замість розкриття

Сучасні GPS-виміри показують, що Анатолія рухається на захід на близько 15–20 мм на рік, а через Понтиди в бік Чорного моря передається лише близько 1 мм на рік північ–південь. Вогнища землетрусів на околицях частіше відповідають стисненню, а не розтягу. З цього не випливає ні новий рифт посеред моря, ні прогнозна карта поштовхів. Можна стверджувати вужче: дно як форма басейну сьогодні майже не перебудовується розкриттям; напруження на краях є, швидкості малі порівняно з дугою на півдні.

Найсильніше заперечення проти такого поділу звучить просто: поштовхи біля Кримського узбережжя нібито доводять, що плити й далі розривають дно. Факти вужчі. Ці поштовхи сидять на окраїні, де регіональне стиснення від зближення плит на півдні доходить до шельфу і схилу. Магнітуди там зазвичай помірні, мережа станцій рідка, а механізми вогнищ не відтворюють картину активного спредингу в центрі улоговини. Окраїна може здригатися, поки глибокий басейн лишається реліктом давнішого розтягу.

Важливо. Землетрус на окраїні не є доказом, що західна чи східна улоговина досі розкривається. Сучасна активність і крейдово-палеогенове формування басейну — різні твердження; друге не виводиться з першого автоматично.

Що про дно Чорного моря ще з’ясовують дослідники?

Межа знання проходить по віку і типу кори. Одна школа відносить головний рифтинг до пізнього барему — альбу, а океанічне розкриття — до сеноману — середини сантону, майже одночасно в обох улоговинах. Інша, на тих самих сейсмічних даних, ставить кінець розтягу в палеоцен і вважає кору під обома западинами кайнозойською. Розбіжність зібрана в Marine and Petroleum Geology: термінал розтягу і вік кори залежать від того, який горизонт визнати післярифтовим. Магнітних смуг для незалежної перевірки немає.

Окремо лишаються кінематика — чи обертався блок серединного підняття, де саме проходили трансформні межі — і частка експонованої мантії серед «океанічної» кори. Для берега це не змінює лоцію. Для читання будь-якої схеми дна критерій простий: якщо джерело дає один вік розкриття і не згадує палеоценову альтернативу та відсутність магнітних смуг, це спрощення, а не закрите питання.

Поняття сходяться на практиці в один розріз. Рельєф дна — вирівняна осадами поверхня. Під нею дві западини задугового походження, розділені континентальним серединним підняттям. Шельф українського берега — не продовження цієї тонкої кори, а її континентальне обрамлення. Сучасні плити тримають басейн у слабкому стисненні, а не добудовують його новим розтягом.

Нерозв’язане лишається на виборі, з яким читати наступну карту. Можна взяти крейдову модель як робочу історію басейну — вона узгоджується з більшістю регіональних реконструкцій дуги і рифту. Можна тримати палеоценову як рівноправну, доки новий профіль або свердловина на фундаменті не розведуть горизонти. Критерій проходу: для питання «чому глибока рівнина одна, а геологія каже про дві улоговини» достатньо осадового чохла і похованого хребта; для питання «коли саме кора стала тонкою» жодна з опублікованих схем ще не є остаточною.

Морем каже. Максимальна глибина Чорного моря — понад 2210 м у південно-центральній частині, тоді як під цією водою сейсміка бачить осади до 12–14 км: тектонічний рельєф басейну захований, а не стертий.