Тред №199094

Повторю сюда из "Перспектив развития России"

В номере газеты ученых "Троицкий вариант" от 24 ноября была вполне содержательная статья об Арктическом шельфе и российских на него перспективах. Никак руки до нее не доходили.


http://trv-science.r…om-shelfe/

Она довольно длинная, но хороша картинками (вот только зачем эпиграф из балабона Иртеньева?)

Снова об арктическом шельфе

24 Ноя 2009 г. ТрВ № 42, c. 6, "Наука и общество"  
Алексей Иванов
Рубрика: Наука и общество

Комментариев нет

Алексей Иванов (Институт земной коры СО РАН, Иркутск)

       Пусть запомнит иностранец,шельма,
       Намотает пусть себе на ус:
       Нашего арктического шельфа
       Не отхватит он заветный кус.

       В этом нам надежная порука —
       Если что, ответит головой —
       Славная российская наука,
       Авангард науки мировой.

       Игорь Иртеньев

17-18-го ноября 2009 г. в Москве состоялось заседание Русского географического общества (РГО) www.rgo.org.ru , на котором президентом РГО был избран министр по чрезвычайным ситуациям РФ С.К. Шойгу, а председатель правительства РФ, В.В. Путин, возглавил Попечительский совет РГО. Путин пообещал выделить 50 млн руб., взамен РГО должно в том числе «... активно включиться в проекты дальнейших исследований Арктики ...». Очевидно, что в данном случае имеется в виду информационная поддержка заявки России на расширение арктических шельфовых территорий. В представленном материале ТрВ детально освещает вопрос арктического шельфа и вносит уточнения к статье Г.А. Фонарева и др. «Самый необычный океан» (ТрВ №40, с. 7 [1]), которая, к сожалению, содержала ряд терминологических и фактических неточностей.

Что такое шельф?

В учебнике географии континентальный шельф определяется по резкому перегибу подводного континентального склона. В юридическом смысле современная история вопроса о континентальном шельфе начинается в 1945 г., когда США под прессингом нефтяных компаний объявили права на весь континентальный шельф, прилегающий к их территории [2]. В последующие несколько лет Аргентина, Чили и Эквадор последовательно заявили права на двухсотмильную зону от побережья в надежде защититься от загрязнения побережья и массового вылова рыб судами крупных морских держав. В те же годы некоторые средиземноморские страны объявили о принадлежащей им 12-мильной зоне, взамен традиционных 3 миль от побережья.

Рис. 1. Арктические регионы с континентальным шельфом, на которые имеет притязания Россия. Тонкой красной линией очерчены сухопутные границы РФ, от которых отсчитывается 200-мильная зона (показана жирной красной линией). Регионы за ее пределами, на которые подана заявка в Комиссию по границам континентального шельфа ООН, заштрихованы. Жирным белым пунктиром обозначены подводные хребты. Черной жирной линией показан профиль, приведенный на рис.3. Рисунок с незначительными модификациями приведен из заявки РФ www.un.org/Depts/los…on_rus.htm.


Первой успешной попыткой урегулировать вопрос использования вод Мирового океана, прав государств на территориальные воды и континентальный шельф оказалась Женевская конвенция 1958 г. На ней, в частности, было дано ограничение континентального шельфа по 200-метровой изобате (200-метровой глубине). Однако технический прогресс, позволивший добывать морские богатства с гораздо больших глубин, привел к пересмотру этого определения в Конвенции ООН по морскому праву от 1982 г. Определение континентального шельфа, на который распространяются суверенные права прибрежных государств, дается в 76-м параграфе этой Конвенции и включает уже не 200-метровую глубину, а 200-мильное удаление от побережья (речь идет о морских милях, равняющихся 1852 м, т.е. 370 км удаления от берега). Важным моментом этой Конвенции является и то, что она позволяет протянуть границы шельфа за пределы 200-мильной зоны, если доказана естественная связь более далеких частей океанического дна с континентальным склоном. Согласно п. 3 параграфа 76, шельф «не включает дно океана на больших глубинах, в том числе его океанические хребты или его недра», но в п. 5 предусматривается возможность отсчета шельфа «не далее 100 миль от 2500-метровой изобаты», а в п. 6 разъясняется, что подводные возвышенности, которые являются естественными продолжениями материковой окраины, не попадают под действие п. 3. Важно отметить, что ни в одном документе ООН по морскому праву впрямую не говорится о типе коры — континентальной или океанической, в противоположность утверждению статьи [1], хотя это и подразумевается (см. врезку 1). В случае с российскими притязаниями на увеличение ее шельфовых территорий в Арктике этот момент может оказаться ключевым, поскольку речь идет в первую очередь о хребте Ломоносова, поднятии Менделеева и расположенных между ними котловине Подводников и впадине Макарова (рис. 1). Единственным явным геологическим пунктом при определении границ шельфа является п. 4 (i) параграфа 76, гласящий, что в точках, от которых производится отсчет, толщина осадочного слоя должна составлять «по крайней мере один процент кратчайшего расстояния от такой точки до подножия континентального склона».

   1. В основе разделения подводных хребтов на «океанические» и «естественные компоненты материковой окраины» лежит тип «океанической» или «континентальной» коры соответственно. В результате рифтогенеза происходит раскол континента, внедряются базитовые интрузии, начинает формироваться океаническая кора. Со временем океаническая кора разрастается, а континентальные блоки удаляются друг от друга. Отличие континентальной коры в первую очередь заключается в мощном слое гранитов и метаморфических пород, отсутствующих на океаническом дне (рис. В1). Под «гранитным» слоем на континентах находится «базальтовый слой», под которым (в среднем на глубине 40 км) располагается мантия, сложенная преимущественно оливиновыми породами — перидотитами. Раздел между базальтовым (коровым) и перидотитовым (мантийным) слоями очень резкий из-за разности плотностей. В сейсмологии он называется разделом Мохо (от имени югославского сейсмолога Андрия Мохоровичича). Раздел Мохо под океаническими хребтами может залегать на малой глубине (~10-20 км и даже менее). Ниже Мохо под континентами и древними океаническими плитами часть перидотитовой мантии оказывается «примороженной» к коре. Такая вмороженная часть мантии вместе с корой называется литосферой. Литосфера подстилается пластичным слоем — астеносферой. Природа астеносферного слоя, по-видимому, заключается в том, что при определенных PT-условиях второй по распространенности мантийный минерал — ортопироксен теряет способность растворять в себе водород [9]. Водород выделяется, связывается с кислородом и образует водный флюид. Наличие водного флюида приводит к снижению солидуса перидотита, появляется частичный расплав. Присутствие частичного расплава в астеносфере фиксируется по замедлению скоростей прохождения сейсмических волн. Наличие частичного расплава и/или водного флюида приводит также к незначительному повышению электропроводности (снижению сопротивления). Глубина залегания астеносферы под океанами и континентами варьирует в широком диапазоне значений, но не превышает ~200-250 км под стабильными континентальными регионами и ~120 км под древними океаническими плитами [10].

Рассмотрением всех заявок на увеличение шельфа за пределами 200-мильной зоны занимается исключительно «Комиссия по границам континентального шельфа», значительную долю которой составляют делегированные геологи разных стран. От нашей страны в нее входит Юрий Борисович Казмин [3]. Заявку на увеличения континентального шельфа в Арктике и Тихом океане Россия подала в декабре 2001 г. (рис. 1). Предварительные слушания по ней прошли в июне 2002 г.


Рис. В1. Гипотетический разрез через две пассивные континентальные окраины, разделенные океаническим дном со срединно-океаническим хребтом (рисунок близко соответствует профилю от Балтики до Чукотки, но не является реальным геологическим разрезом).



Еще один важный момент заключается в том, что «Комиссия по границам континентального шельфа» дает рекомендации стране, подавшей заявку в ООН, но действия Комиссии не должны наносить ущерб вопросам, «касающимся делимитации границ между государствами с противолежащими или смежными побережьями». Если хребет Ломоносова является естественной частью континентального склона Евразии, то с тем же успехом он может рассматриваться и как естественная часть склона Гренландии и Северной Америки. Отсюда очевидна озабоченность Дании и Канады (см. врезку 2). Забавно, что США, также озабоченные этим вопросом, пока не присоединились к Конвенции ООН по морскому праву от 1982 г., хотя и активно ведут исследования. Поэтому США пока не имеют прав на притязания на шельф за пределами 200-мильной зоны, в отличие от тех же Дании и Канады.

Кора, мантия, литосфера и геофизические методы их изучения

На рис.1 видно, что территории, на которые претендует РФ, не включают в себя хребет Гаккеля, несмотря на то, что он расположен ближе к 200-мильной зоне, чем хребет Ломоносова. Причина этого очевидна, хребет Гаккеля является океаническим спрединговым центром, где в результате базальтового вулканизма формируется кора океанического типа (см. врезку 1). То есть это тот самый случай, попадающий под действие п. 3 параграфа 76 Конвенции ООН по морскому праву от 1982 г. о невозможности включения океанических хребтов в пределы континентального шельфа. Формирование океанической коры, связаное со спрединговым центром хребта Гаккеля, началось примерно 55 млн лет назад (рис. 2).


Рис. 2. Возраст океанического дна, образовавшегося в результате спрединга по срединно-океаническим хребтам. Возраст показан различным цветом. Ма - млн лет [4
Как указывалось в предыдущем разделе, нормативные документы ООН по выделению континентального шельфа явно ничего не говорят о типе коры при выделении шельфо-вых территорий за пределами 200-мильной зоны. Однако в статье [1] упор делался именно на то, что по результатам магнитотеллурическо-го зондирования, проведенного в рамках советских полярных экспедиций, можно утверждать, что под хребтом Ломоносова, под котловиной Подводников и даже под хребтом Гаккеля присутствует континентальная кора, поскольку мощность литосферы в этих регионах достигает 300-400 км. (В статье [1] толщина литосферы повсеместно терминологически неверно именуется «глубиной до мантии».) Само по себе это уже очень смелое утверждение, поскольку литосферы такой мощности на Земле просто не существует.

   2. Из заявления председателя Комиссии по границам континентального шельфа, 12 апреля 2002 г.

   «... После презентации председательствующий предложил представителю Российской Федерации изложить позицию своего правительства относительно сообщений, которые поступили Генеральному секретарю от Дании, Канады, Норвегии, Соединенных Штатов Америки и Японии и которые были распространены Секретариатом среди всех членов Комиссии, а также среди всех государств. Представитель Российской Федерации заявил, что его страна не усматривает ни в одном из этих сообщений помехи для рассмотрения сделанного представления. ... »

Занятно и то, что в статье [1] вопрос о типе коры подменяется вопросом о мощности литосферы. Ответ здесь кроется в особенностях магнитотеллурического зондирования (МТЗ). По результатам этого метода получается кривая кажущихся сопротивлений с глубиной. В случае присутствия проводящего слоя, например графитизирован-ных пород или рассол-содержащих горизонтов, на кривых МТЗ фиксируются резкие понижения кажущегося сопротивления [5]. Такие низ-коомные горизонты фиксируются в коре на разных горизонтах, но переход от базальтовой коры к пе-ридотитовой мантии не дает никакого заметного изменения этого параметра. Мантийная, достаточно слабая аномалия повышенной проводимости (пониженного сопротивления) часто фиксируется на глубинах, интерпретируемых другими методами как астеносферный слой. Как указывалось выше, мощность литосферы, а соответственно и кровля астеносферы не превышает 200250 км. Таким образом, обсуждаемые в работе [1] более глубинные аномалии проводимости (кажущегося сопротивления) не могут иметь никакого отношения к вопросу о типе коры в Арктике.


Рис. В2. Государства Арктического региона, распространение их 200-мильных зон и потенциальные зоны за пределами 200 миль, на которые могут претендовать эти государства. Красным жирным цветом выделены спорные регионы между Канадой, Данией и Россией. Схема взята с сайта www.dur.ac.uk/ibru/resources/arctic/ Исследовательского центра международных границ Даремского университета (IBRU, Durham University).

Тем не менее, читателю, безусловно, интересно, а какой же все-таки тип коры в районе предполагаемого российского шельфа (рис. 1)? На рис. 3 показаны данные интерпретации глубинного сейсмического зондирования, проведенного российскими исследователями в начале 1990-х годов по профилю от континентальной окраины Восточной Сибири почти до Северного полюса [6]. Прибрежные части шельфа, в географическом смысле этого слова, ожидаемо характеризуются типичной континентальной корой, а впадина Макарова — типичной океанической корой [7]. Интерпретация коры между этими геологическими структурами неоднозначна [8]. Этот регион может быть аналогом океанических плато (например, таких, как возвышенность Рио-Гранде и архипелаг Тристан-де-Кунья в южной Атлантике). В то же время хребет Ломоносова подстилается континентальной корой. Он, по-видимому, представляет собой часть Баренцево-Карского шельфа, «отколотого» в результате океанического спрединга в хребте Гаккеля.


Рис. 3. Сейсмическая модель земной коры по геотраверсу "Острова Де Лонга - котловина Макарова". Рисунок воспроизведен из статьи (6). Положение профиля см. на рис. 1. Мохо - граница между корой и мантией Земли (см. врезку 1).

Послесловие

Итак, каковы же перспективы на признание международным сообществом за Россией арктических регионов за рамками 200-мильной зоны (рис. 1)? С одной стороны, хребет Ломоносова и поднятие Менделеева скорее всего относятся к континентальным блокам [8], тогда как расположенная между ними впадина Макарова — нет [7]. С другой стороны, нормативные документы ООН требуют только доказательств естественной связи с континентальным склоном [2], что допускает весьма вольную трактовку этой естественной связи. Например, если рассматривать осадочные комплексы пород, то, несомненно, существует связь между осадочным чехлом на океаническом дне и континентальным шельфом Евразии [8].

Главным нюансом является то, что Арктика достаточно мала и на одни и те же территории могут претендовать различные государства (см. врезку 2). Та же Дания заинтересована в увеличении своих морских территорий и уже объявила, что готовит заявку в Комиссию по границам континентального шельфа на регионы севернее Гренландии. Комиссия в свою очередь не решает территориальных споров, которые находятся в другом юридическом поле. Так что решение вопроса принадлежности арктического дна тому или иному государству будет лежать в плоскости политических согласований и уступок, а не в плоскости строгих научных доказательств.

Автор благодарит Н.Н. Лебедеву-Иванову (Уппсальский университет, Швеция) за неоценимую помощь при подготовке данного материала.

Литература

[1] Фонарев Г.А., Трофимов И.Л., Шне-ер В.С. Самый необычный океан: исследования геофизиков позволяют существенно увеличить территорию России. ТрВ, № 40, с. 7.

[2] При написании этого раздела использованы открытые материалы ООН www.un.org/Depts/los/index.htm [3] См., например, интервью http://expert.ru/int…16/kazmin/ [4] Fowler C.M.R. The Solid Earth. An Introduction to Global Geophysics. 2005, Second edition

[5] Ваньян Л.Л., Хайндман Р.Д. О природе электропроводности консолидированной коры. Физика Земли, 1996, № 4, с. 5-11. и статьи в этом же номере журнала.

[6] Лебедева-Иванова Н.Н., Лангинен А.Е., Заманский Ю.Я., Сергеев М.Б. Сейсмическая модель земной коры вдоль геотраверса «Острова Де Лонга — котловина

Макарова». Геолого-геофизические характеристики литосферы Арктического региона. 2004. Выпуск 5. Сборник научных трудов, С. -Петербург, с.125-140. [7] Sorokin M.Yu., Zamansky Yu.Ya., Langinen A.Ye, Jackson H.R., Macnab R. Crustal structure of the Makarov Basin, Arctic Ocean determined by seismic refraction. Earth Planet. Sci. Lett., 1999, v. 168, p. 187-199.

[8] Lebedeva-Ivanova N.N., Zamansky Yu.Ya., Langinen A.E., Sorokin M.Yu. Seismic profiling across the Mendeleev ridge at 82 oN: evidence of continental crust. Geophys. J. Int., 2006, v. 165, p. 527-544. [9] Mierdel K., Keppler H., Smyth J.R., Lan-genhorst F. Water solubility in aluminous orthopyroxene and the origin of Earth's asthenosphere. Science, 2007, v. 315, p. 364-368.

[10] Gung Y., Panning M., Romanowicz B. Global anisotropy and thickness of continents. Nature, 2003, v. 422, p. 707-711.