Гидрология

ВПАДИНА БАЙКАЛА: ЗАГАДКУ НАЧИНАЮТ РАСКРЫВАТЬ

Жемчужина Сибири - Байкал, привлекающий туристов со всего мира своей уникальностью, притягивает и внимание ученых. Одна из ключевых загадок озера: как образовалась его впадина? Ею давно занимаются исследователи различных научных центров, в том числе и зарубежных. Однако единого мнения пока нет. Новую концепцию формирования Байкальской впадины разработали в Институте геологии СО РАН под руководством кандидата геолого-минералогических наук И. Кулакова. Вот что он рассказал.

В Байкальском регионе, находящемся вдали от крупных сочленений литосферных плит, тем не менее высока тектоническая активность. Как показывают геодезические наблюдения, земная кора здесь расходится в разные стороны на 4-5 мм в год. Впадина озера - результат данного процесса. Но чем же вызвана такая активность посредине крупнейшего из континентов? Существует несколько точек зрения.

Прежде всего, это концепция активного рифтинга: раздвижение коры связано с существованием под ней огромной горячей капли - диапира. Поднявшись из мантийных недр, она уперлась в подошву коры и растекается под ней, "распирая" вышележащие слои. Такую гипотезу во многом подтверждают наблюдения гравитационных и тепловых полей и некоторые сейсмические данные.

Другое объяснение - причина в пассивном рифтинге, связывающем растяжение коры со взаимодействием литосферных плит и их фрагментов. Евроазиатский континент не монолит, а состоит из множества больших и малых "смороженных" друг с другом кусков. Конечно, консолидировались они довольно давно, и в целом являют собой спокойную систему. Однако стоит их подтолкнуть, как они начинают буквально "трещать по швам". Растяжение земной коры, по мнению сторонников этой гипотезы, могло быть обусловлено напряжениями, вызванными столкновением плит на периферии Евроазиатского континента (речь идет об Индостанской, и по сей день движущейся на север, а также о Тихоокеанской, погружающейся под Евразийский континент на Дальнем Востоке).

В пользу обеих концепций говорят серьезные научные доводы, но ни та, ни другая не дают исчерпывающего объяснения, почему в Байкальском регионе земная кора "расползается".

Пожалуй, единственный способ заглянуть на большие глубины нашей планеты - это сейсмическая томография. В качестве сигнала здесь можно использовать землетрясения, лучи от которых, проходя сквозь земную кору, "накапливают" сведения о неоднородноcтях, встречающихся на их пути. Зарегистрировав параметры множества таких лучей, можно расшифровать полученную информацию методом, основанным на том же принципе, что и томография, применяемая, например, в медицине для просвечивания органов человека.

С помощью компьютеров теперь реализуются сложнейшие алгоритмы, способные давать детальные изображения недр. Но существует проблема исходных данных: если они малочисленны и к тому же низкого качества, то как бы ни был совершенен алгоритм и мощен компьютер, хорошего результата не получишь. А в Байкальском регионе, где по ряду причин трудно установить большое количество сейсмических станций (что совершенно необходимо для качественной реализации томографического метода), проблема данных стоит особенно остро.

Чтобы обойти ее, я и мои коллеги начали поиск альтернативных схем. Наиболее эффективной показала себя так называемая Инверсная Телесейсмическая Схема (ИТС). В основе ее лежит чрезвычайно простая идея: оказывается, можно изучать мантию под Байкалом по данным станций, расположенных и в других частях планеты, если они, конечно, способны регистрировать землетрясения в Байкальском регионе. В этом случае мы можем работать с лучшими станциями мира, информация которых хранится в электронной форме на сервере Мирового сейсмологического центра и доступна практически любому пользователю. Количество и качество информации, собранной по такой схеме, существенно выше и, что немаловажно, она позволяет оперативно изучать любые сейсмоактивные районы мира. ИТС уже применяли в Тибете, Средиземноморье, Алтае - Саянском регионе, Монголии. А теперь и на Байкале.

Наши исследования, распространявшиеся к западу от озера вплоть до Алтая, показали: мантия под южным горным обрамлением Сибири имеет явно выраженную ячеистую структуру с чередующимися горячими и холодными аномалиями. По-видимому, это - отражение в ее верхней части (на глубинах от 700 до 100 км) имеющихся там конвективных течений. Влияет ли это на формирование коры, сказать определенно нельзя. Однако видно некоторое соответствие структур на поверхности с направлением потоков в мантии. Например, горные системы Алтая и Саян совпадают с нисходящими движениями в ней, а впадина Великих Монгольских озер - с восходящими.

Результаты, полученные под самим Байкалом, оказались совершенно неожиданными. Вместо сведений о наличии горячего тела, мы получили другое: увидели, что мантия под Байкальской складчатой областью скорее холодная. А вот под Сибирской плитой, в районе Верхнеленского поднятия, на глубине 700-200 км, напротив, наблюдаются контрастные горячие аномалии.

Используя нашу информацию вместе с другими геофизическими данными, мы предложили модель, объясняющую механизм развития Байкальского региона. Выглядит она следующим образом. Отрицательная сейсмическая аномалия под Сибирской платформой - след поднимающейся из мантии горячей струи (плюма). Упершись в подошву древней и прочной Сибирской плиты, вещество плюма растекалось под ней. Но поскольку край плиты находится неподалеку, часть горячего вещества устремилась туда и в зоне стыка с другой плитой оказалась как бы в ловушке. Там горячий материал подогревал литосферу и, насыщая ее своим веществом, изменял химически. Поскольку все это существенно ослабило прочность литосферы, то региональные растягивающие силы, порожденные межплитными взаимодействиями, именно тут разбили земную кору, что и привело к образованию и развитию Байкальской впадины. Таким образом, наша гипотеза, основанная на фактических данных, совмещает элементы как активного, так и пассивного механизмов рифтообразования.

Хотя до окончательного прояснения ситуации в недрах под Байкалом пока еще далеко, можно определенно сказать: результаты сейсмической томографии позволили существенно продвинуться в понимании механизмов образования Байкальского феномена.

Материал подготовила Э.К. СОЛОМАТИНА