Автор: Р. К. БАЛАНДИН

Какие движения земной коры определяющие: вертикальные или горизонтальные? Отвечая на вопрос, геологи и геофизики разделились на два лагеря. Одни - фиксисты - предполагают более или менее стабильное положение континентов при подъеме и погружении их отдельных частей. Другие - мобилисты - доказывают абсолютное преобладание перемещения материков или крупных плит земной коры, в результате столкновения которых образуются горные гряды, а в процессе "расползания" разверзаются впадины океанов. В пылу ожесточенных споров сторонники этих взглядов запамятовали о существовании концепции, дополняющей и отчасти объединяющей обе предыдущие. Таковой является идея круговоротов литосферы. Ее разработка обещает стать наиболее перспективным направлением в геотектонике XXI в.

Статьи данной рубрики отражают мнения авторов (прим. ред. )

стр. 21

Р. К. БАЛАНДИН, геолог

ЭКСКУРС В ИСТОРИЮ

О вертикальных движениях земной поверхности догадывались еще мыслители античности, изучавшие находки морских отложений и раковин в горах. Идею подхватили ученые эпохи арабского и европейского Возрождения, в частности, Ибн Сина (около 980 - 1037) и Леонардо да Винчи (1452 - 1519).

Впервые догадку о горизонтальных перемещениях крупных участков планеты высказал французский монах Пласе в книге, изданной в 1668 г. Он связывал их со Всемирным потопом, упомянутым в Библии. О возможности движения материков писал английский геолог Ч. Лайель в классическом труде "Основные начала геологии" (1830 - 1833 гг.). А ведь даже среди специалистов укоренилось мнение, будто первым мобилистом был немецкий метеоролог, геофизик и исследователь Арктики А. Вегенер (1880 - 1930).

Лайель полагал: значительные климатические изменения на планете происходили в результате концентрации континентов и островов в экваториальной зоне (теплые эпохи) или перехода их в полярные области (похолодания). Спустя столетие данную концепцию развил и обосновал советский геолог и геоморфолог Б. Л. Личков (1888 - 1966) в книге "Движение материков и климаты прошлого Земли".

Круговороты литосферы по В. Ф. Бончковскому (1), Л. Кингу (2) и Д. Г. Панову (3).

стр. 22

Схема геохимических круговоротов: 1 - осадочные породы, 2 - слабо метаморфизованные осадки, 3 - гранитоиды, 4 - базальтомды, 5 - ультраосновные породы.

На сходство очертаний восточного побережья Северной и Южной Америки с западным побережьем Европы и Африки в 1858 г. обратил внимание французский ученый А. Снидер-Пеллегрини. Он предположил, что Атлантический океан образовался в результате раскола некогда единого сверхконтинента. В конце XIX в. ту же идею разрабатывал итальянский геолог Ф. Сакко. Однако только А. Вегенеру удалось придать ей вид более-менее завершенной теории в книге "Происхождение материков и океанов" (1915). В отличие от предыдущих исследователей, он обобщил факты разных наук: геоморфологии, палеонтологии, геофизики, палеогеографии, положив в основу принцип изостазии*.

Поначалу теорию А. Вегенера приняли достаточно благосклонно. Однако с 1923 г. английские геологи и геофизики начали ее все более активно опровергать. К ним присоединились авторитетные американские, а позже и советские специалисты, хотя в то время здесь и во многих других странах появились убежденные сторонники мобилизма.

Изучение дна Мирового океана и палеомагнетизма горных пород предоставило новые сведения, подтверждающие теорию Вегенера. Но у нее оставался существенный изъян: требовалось объяснить, какие силы передвигают материки. В 1960 г. американский геолог Г. Хесс предположил существование глубинных круговоротов мантии Земли. "Континенты, - отмечал он, - не вспарывают океаническую кору наподобие плуга, приводимые в движение неизвестными силами, а пассивно переносятся на веществе мантии, которое поступает на поверхность в гребневой части срединно-океанических хребтов и движется по горизонтали в стороны от них".

Некоторые геофизики принялись разрабатывать его идею, в результате чего оформилась так называемая глобальная тектоника плит**. Число плит варьирует от 7 до 100 и более. Причем во всех случаях сохраняется принципиальное отличие от концепции Вегенера, что следует подчеркнуть особо. Считается, будто перемещаются не сами по себе материки (иначе они "вспарывали" бы океаническую кору), а включающие их обширные фрагменты каменной оболочки. То есть не учитывается надежно установленная, основополагающая закономерность: резкое различие по составу, структуре, происхождению океанической и континентальной земной коры. А также другое важное положение: солнеч-

* Изостазия - равновесное состояние земной коры и мантии, вызванное действием гравитационных сил, при котором земная кора как бы плавает на более плотном и пластичном подкоровом слое (прим. ред .).

** См.: В. П. Трубицын. Глобальная тектоника плит: новый поворот? - Наука в России, 2003, N 3 (прим. ред. ).

стр. 23

Схема теплового (вверху) и гелиевого потоков на обобщенной блок-диаграмме земной коры. Высокие температуры характерны для восходящих ветвей литосферных круговоротов, низкие - для нисходящих. Наибольшее истечение гелия наблюдается там, где существует "подпитка" из глубоких недр.

ная энергия, поступающая на нашу планету, в тысячу раз превосходит энергию глубоких недр и совершает колоссальную геологическую работу.

С учетом этих факторов в середине XX в. почти одновременно выдвинули гипотезу круговоротов литосферы советские ученые - геофизик В. Ф. Бончковский и геолог Д. Г. Панов, а также американский геоморфолог Л. Кинг. Тогда же начались острые дискуссии фиксистов и мобилистов. Их противостояние обозначило бескомпромиссные позиции: полное преобладание в глобальной тектонике либо вертикальных, либо горизонтальных движений. А ведь сочетание тех и других образует круговое вращение.

Всем известны круговороты воздушной и водной оболочек планеты. Система геохимических циклов соединяет данные геосферы с земной корой с учетом деятельности живых организмов на основе ассимиляции, использования лучистой солнечной энергии. Уже давно получило всеобщее признание учение о биосфере - сложнейшим образом организованной области жизни, находящейся в постоянном развитии. На фоне крайней ее активности удивительно выглядит инертность литосферы в рамках глобальной тектоники плит. Что это - природный парадокс или недостаток теории, не учитывающей важнейшие геоморфологические и геохимические закономерности?

ПОЧЕМУ УСТОЙЧИВЫ БАСТИОНЫ МАТЕРИКОВ?

Земную твердь выше уровня моря постоянно разрушает эрозия. По подсчетам географов, за 10 тыс. лет обобщенная поверхность суши в результате понижается на 1 м, а береговая линия отступает на 10 м. Если соотнести приведенные цифры с геологическими масштабами времени, то получится: за 6 - 8 млн. лет материки окажутся под водой. Согласно расчетам академика А. Б. Ронова (1913 - 1996) с соавторами, с начала девонского периода и до конца юрского (приблизительно за 250 млн. лет) с континентов было снесено 194 млн. км³ осадков, что более чем вдвое превышает объем надводной части суши. Значит, уже давным-давно вся земная поверхность должна была бы превратиться в сплошную акваторию океана. Почему ничего подобного не произошло?

Не менее странная картина получается, если учесть количество осадочных горных пород. Общий годовой снос твердого и растворенного вещества с континентов порядка 20 млрд. т, а зона аккумуляции составляет 1 млн. км² . Следова-

стр. 24

тельно, в среднем накапливается 2 кг на 1 м² в год или слой в 1 мм. Поскольку процесс продолжается необычайно долго, то за 1 млн. лет образуется толща мощностью 1 км, за 600 млн. - 600 км. Неправдоподобная величина!

Сопоставляя обобщенные данные по эрозии и отложениям, неизбежно приходишь к выводу, сформулированному французским геологом, иностранным членом-корреспондентом АН СССР Л. Кайё (1864 - 1944): "Вещество следует по замкнутому кругообороту: размыв на материках - перенос - осадконакопление на дне океанов и у побережья - "перестройка" осадков в кору - новый размыв на материках". За геологическую историю такой процесс должен был многократно переработать каменную плоть континентов. Этим объясняется их необычайная устойчивость и парадоксально большое количество смытого с них и накопленного материала.

Океаническая кора действительно напоминает ледяное поле, расколотое на плиты. Она пассивна и лишь в отдельных местах прорывается вулканами. Такая инертность объясняется так: сюда не доходит солнечная энергия. Поэтому земная кора под океанами устроена сравнительно просто и относительно стабильно существует сотни миллионов лет.

А материки, открытые солнцу, воде, воздуху, живым организмам, живут активно и самобытно. Они разбиты на множество больших и малых геоблоков (частей континентальной земной коры площадью 0,1 - 5 млн. км² ); каждый из них имеет чрезвычайно сложное строение, свои химические особенности, неповторимую историю*.

На окраинах же Тихого океана и прилегающих к ним участках материков, а также на островных дугах (Алеутские, Курильские, Японские, Филиппинские, Кампо и Марианские острова и др.) действуют мощные круговороты литосферы. Менее значительные - в зонах современного горообразования. На остальной территории происходят сопряженные колебательные движения, направленные вверх и вниз.

Причем отдельные блоки поворачиваются и перемещаются горизонтально на десятки или даже сотни километров. Наиболее быстро движутся в сторону открытого океана островные дуги, значительно медленнее - континенты.

МЕХАНИЗМ ЛИТОСФЕРНЫХ КРУГОВОРОТОВ

Блоки земной коры, с которых снимается нагрузка, "всплывают" по закону изостазии. Поэтому до сих пор поднимаются территории Скандинавии и Северной Америки; ведь на них 12 - 15 тыс. лет назад находились великие покровные ледники.

Теперь мысленно представим поднятый геоблок близ окраины материка. Он постоянно разрушается, а продукты эрозии переносятся на шельф и океанический склон. В результате заметно теряющий за многие тысячелетия свой вес участок коры двигается вверх, а тот, где накапливаются осадки, опускается под дополнительной тяжестью.

Возникает подобие транспортера, переносящего гигантские мас-

Строение земной коры активных окраин Северной Америки. Справа внизу схема, основанная на гипотезе круговоротов литосферы. 1 - породы астеносферы, 2 - базальтоиды, 3 - гранитоиды, 4 - осадочные слои.

* См.: Л. И. Красный, М. А. Садовский. Мозаичный лик Земли. - Наука в России, 2001, N 1 (прим. ред. ).

стр. 25

сы вещества. Компенсировать подъем, перемещение по горизонтали (под уклон) и погружение должно движение горных пород в глубоких недрах, направленное в обратную сторону. Однако в отличие от работы простого механизма в данном случае важную роль играют геохимические процессы. Уже одно физическое дробление увеличивает химическую активность обнажающихся на земной поверхности каменных толщ. Еще существеннее воздействуют на обломки воздух, вода, живые организмы, солнечные лучи. Образуются минералы с повышенной внутренней энергией благодаря усложнению химического состава и структуры, увеличению межатомных расстояний в кристаллических решетках. Академик Н. В. Белов и доктор геолого-минералогических наук В. И. Лебедев назвали такие измененные вещества геохимическими аккумуляторами.

Опускаясь в земные недра, подобные минералы под действием давления и высоких температур перекристаллизовываются при значительном участии воды и "разряжают" накопленную солнечную энергию. Обретая пластичность, разогретые массы осадочных пород начинают "перетекать" под континент. Попав под вздымающийся геоблок, где давление понижено, они испытывают дегазацию, расширяются в объеме, стремятся вырваться на поверхность по трещинам (простейшая аналогия - пенистый поток из открытой бутылки шампанского или газированной воды). Таким образом, вулканический пояс, оконтуривающий Тихий океан, - это зона поднятия, а глубоководные желоба обрамляют зону погружения круговоротов литосферы. Очаги землетрясений уходят под островные дуги или континенты, тем самым подчеркивая направление потоков пластичных каменных масс.

Согласно глобальной плитотектонике, под материки на активных окраинах поддвигаются океанические плиты. Но тогда местные вулканы должны были бы извергать преимущественно химические элементы, характерные для данного типа земной коры. Однако это не наблюдается: газы и расплавы почти всегда соответствуют составу материковых геоблоков.

В глубоководных желобах осадки залегают спокойно, без значительных нарушений. Здесь преобладают силы растяжения, а если бы происходил спрединг (поддвиг), то ничего подобного бы не было. Океаническая плита, сталкиваясь с континентальным геоблоком, создавала бы область сжатия, где слои смяты в складки и раздроблены. Без грубых натяжек и сомнительных предположений только существованием круговоротов литосферы можно объяснить ситуацию, отмечаемую на активных материковых окраинах.

ИЗОДИНАМИКА

Изостазия, как следует уже из названия, предполагает статичность явления. Действительно, без постоянных внешних воздействий геоплиты и геоблоки сравнительно быстро достигли бы равновесия. А практически повсюду на Земле существуют гравитационные аномалии, показывающие либо избыток, либо дефицит масс литосферы, что

стр. 26

соответствует опусканию или подъему территории.

Если даже глубокие недра пассивны и там отсутствуют круговороты вещества мантии, то и тогда поверхность суши под влиянием экзогенных факторов не останется неизменной. С возвышенностей продукты разрушения переносятся в понижения, где под давлением осадочных толщ геоблок погружается в астеносферу*. Она слоиста, и на вертикальные силы отзывается, словно пружина, зато сравнительно легко сдвигается по горизонтали.

Подобный эффект можно наблюдать, складывая листы бумаги. Достаточно высокая стопка начнет расползаться под собственной тяжестью. Примерно так же растекаются мощные покровные ледники, способные преодолевать даже холмы. Для астеносферы это проявляется не менее ярко. Ведь она, находясь под большим давлением, как бы ожидает малейшего повода к горизонтальному сдвигу. Возникает образ подвижной земной тверди, где в сложных сочетаниях взаимодействуют вертикальные и горизонтальные силы, поверхностные и глубинные процессы. Они наиболее интенсивны в зонах с максимальными гравитационными аномалиями и круговоротами литосферы. И идеальное состояние изостазии постоянно нарушается, переходя в реальную изодинамику.

Неудивительно, что отдельные геоблоки и их комплексы обладают хорошо выраженной индивидуальностью: они поднимаются и опускаются, а также перемещаются в горизонтальном направлении, частично переплавляясь в горниле недр, наклоняются или даже переворачиваются. Все это происходит в масштабе геологической истории, события которой восстанавливают, хотя и с немалыми пробелами, специалисты.

В глобальной тектонике плит земная кора представлена схематично, как инертный покров, на который воздействуют только гипотетические потоки сверхплотной мантии планеты. Изодинамика геоблоков предполагает активную жизнь каменной оболочки, постоянно взаимодействующей с биосферой и потоком солнечной энергии. При этом вовсе не исключаются процессы в ядре и мантии на глубинах более 500 км. Тем не менее главная роль отводится поверхностным факторам.

За последние полвека выяснилось: глобальная деятельность человека (техногенез) способна нарушить относительную устойчивость отдельных геоблоков при создании водохранилищ, крупных разработках месторождений нефти и т.п. В результате возникают наведенные, искусственные или техногенные землетрясения. Что и подтверждает одну концепцию изодинамики.

МАТЕРИКИ-АМЕБЫ

В глобальной плитотектонике материкам отводится роль айсбергов, вмерзших в ледяные поля. А изодинамика геоблоков и круговороты литосферы уподобляют континенты и островные дуги амебам, наползающим на океаническую кору и частично ее ассимилирующим. Последнее сравнение пусть не покажется слишком смелым: на земной поверхности и в ее каменной толще идут сложнейшие геохимические процессы на самых разных уровнях, начиная с атомного, что вполне сопоставимо с жизнедеятельностью организмов.

Активные окраины материков, как гусеницы трактора, подминают океанические плиты, создавая впадины глубоководных желобов. Одновременно происходит поступательное движение в горизонтальном направлении. Судя по всему, некоторые океанические дуги (или все?) представляют собой круговороты, оторвавшиеся от континентальных массивов и устремившиеся в открытый океан.

Так мы вновь возвращаемся к теории А. Вегенера, но с некоторыми дополнениями и уточнениями, позволяющими выяснить причины перемещений крупных глыб земной коры, скользящих по астеносфере.

В отличие от концепции фиксистов, надо, по-видимому, признать существование значительных горизонтальных движений материков. Но все-таки приоритет следует отдавать вертикальным сопряженным (вверх-вниз) колебаниям геоблоков, в результате чего при определенных условиях возникают литосферные круговороты.

Идея изодинамики позволяет обобщить огромный комплекс фактов, накопленных в геоморфологии, тектонике, геофизике, геохимии, учении о биосфере. Безусловно, многое еще не изучено, требует более основательной и детальной разработки. Ведь гипотеза круговоротов литосферы долго оставалась в забвении. Не пора ли обратить на нее серьезное внимание? И тем открыть в науках о Земле новые перспективы.

Иллюстрации предоставлены автором

* Астеносфера - слой пониженной плотности, прочности и вязкости в верхней части мантии Земли на глубине около 100 км под материками и около 50 км под дном океана (прим. ред. ).

Permanent link to this publication: