Вечно меняющаяся Земля

В начале 70-х гг. состоялось очень бурное собрание Отделения геологии, геофизики и геохимии и горных наук АН СССР. Впервые широко обсуждались мобилистские концепции развития земной коры. Речь шла о "тектонике плит" - новой гипотезе, которая за короткий срок привлекла симпатии многих геологов и геофизиков всего мира. Ей посвящались статьи, книги - буквально лавина публикаций потрясала умы ученых. Гипотеза привлекала своей простотой, и в то же время эта чрезмерная простота, к которой не привыкли геологи, пугала.

...С американского судна "Гломар Челленджер" впервые можно было пробурить скважину в морском дне, находящемся на глубине 6 тыс. м. Бурение производилось по определенному плану: корабль совершал рейсы в обе стороны от Срединно-Атлантического хребта. И чем дальше от него удалялось экспедиционное судно, тем более древние породы поднимались на его борт и попадали в руки ученых.

Возраст самых древних пород океанского дна, как уже говорилось выше, не соответствовал тому возрасту, который вписали геологи в его теоретическую "метрику". Другими словами, океан был непростительно молод и это не соответствовало теории. Ведь возраст Земли оценивается в миллиарды лет, и, следовательно, на дне океана происходило накопление осадков. Где же эти осадки, имеющие миллиардный возраст? Последние данные утверждают, что самым древним горным породам на дне океана не более 160 млн. лет. Если возраст Земли условно принять равным суткам, то современные океанические впадины образовались едва ли час назад. Вот как они молоды!

Все эти данные и послужили основой для появления на свет гипотезы о растекании морского дна.

Необычно выглядят подводные срединные хребты, разделенные продольными долинами на две части. Эти долины получили название рифтов.

Рифты делают двухвершинными все срединные океанические хребты. Возможно, они являются ходами сообщения с более глубокими сферами Земли. По этим ходам из глубин поднимается вещество, которое, остывая, отлагается по обе стороны рифтовых долин. Каждая новая порция глубинного материала, поднимаясь наверх, раздвигает края долин, и так без конца идет доставка вещества, без конца оно отлагается на вершинах срединно-океанических хребтов.

Так выглядела гипотеза, объясняющая необычную молодость океанов и загадочное строение их дна. Поэтому-то в районе срединно-океанических хребтов обнаружены наиболее молодые горные породы. Горные породы тем старше, чем дальше они находятся от подводных горных цепей.

Океаническое дно, утверждает новая гипотеза, представляет собой как бы два конвейера, которые движутся в противоположные стороны.

Если это так, решили магнитологи, то на транспортируемом конвейерами материале должны своеобразно запечатлеться воздействия магнитного поля Земли.

Известно, что все горные породы намагничены. Это означает, что в них хранится запись магнитных силовых линий земного магнитного поля. Древние породы "имеют" хорошую память.

Внимательное изучение древнего магнитного шифра показало, что магнитные полюсы Земли неоднократно менялись местами. Если действительно полюсы "путешествовали", то это определенным образом должно отразиться на намагниченности океанического дна.

Изверженная порода, оказавшаяся в рифтовой долине, начинает застывать и намагничиваться под действием магнитного поля. По обе стороны от срединного хребта появляются две полосы горной породы одинаковой намагниченности. Через какое-то время магнитное поле Земли изменяется. Новые порции глубинного материала застывают на вершинах хребта. И они по-другому теперь и намагничиваются. Рядом с прежними полосами ложатся следующие - с иной намагниченностью. Так на морском дне должно появиться полосчатое магнитное поле. Мало того, оно должно быть и симметричным, если за плоскость симметрии принять сам океанический хребет. Скажем, картина к западу от Срединно-Атлантического хребта зеркально "отражается" на востоке от этого же хребта.

Морские магнитометры - аппараты, внешне похожие на торпеды, были спущены с бортов научно-исследовательских судов и поплыли на буксире над подводными горными цепями. В данном случае происходило как бы прослушивание магнитофонных записей: магнитной лентой являлись породы океанического дна, а магнитными головками, считывающими древние записи, служили магнитометры.

Расшифровка подводной магнитной ленты совпала с предположениями ученых. Удалось даже вычислить скорость раздвижения морского дна - от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в год. Оказалось, что быстрее других расширяется тихоокеанское дно.

Так было окончательно подтверждено расширение океанического дна. И так начались новые, еще более интересные исследования.

Первый вопрос, который возник в связи с раздвижением морского дна, касался количественной стороны дела. Где размещается избыток материала, поставляемого глубинами Земли через рифтовые впадины? Может быть, он идет на расширение площади океанических днищ?

Океаническое дно ровное, пласты осадков на нем не потревожены. И значит, оно смещается как единое целое! Поэтому дно каждого океана представляет собой, образно говоря, гигантскую льдину, которая жестко зажата соседними. Их взаимодействие между собой определяет жизнь земной коры.

Так геологи и геофизики подошли к гипотезе тектоники плит.

Толщина плит или, как говорят, пластин достигает 150 км. Таким образом, движущиеся плиты включают в себя земную кору и верхние слои мантии. Это положение принципиально отличается от классических положений дрейфа, которые признавали движение лишь земной коры. И еще одно отличие: дрейфуют не континенты, а блоки, или, точнее говоря, части сферы.

Сегодня выделено 8-10 крупных плит: Евразиатская, Африканская, Южно-Американская и Северо-Американская, Тихоокеанская и другие, а также множество более мелких. Плиты в рифтовых зонах срединно-океанических хребтов раздвигаются, в районах островных дуг и глубоководных желобов они сближаются, в частности, одна плита может "подползать" под другую. Этот вид взаимодействия считается компенсирующим механизмом: полностью поглощается избыток вещества, поставляемого через рифтовые зоны, и благодаря этому поверхность Земли остается постоянной в своих размерах.

Плиты, образующие Атлантический океан, быстрее движутся в районе экватора и гораздо медленнее - в умеренных и высоких широтах.

У путешествующих плит есть свои полюсы, которые не совпадают с географическими. Их называют полюсами расширения, потому что плиты, отползая друг от друга, расширяются.

Жесткость плит выдвигает еще одно условие: все точки движущейся части шаровой поверхности (каковой является каждая плита) должны перемещаться с одинаковыми угловыми скоростями. Иначе плита не сохранит свою неприкосновенность: она покоробится сама и потревожит лежащие на ней осадки.

Для каждой плиты можно найти ее полюс, ось расширения, рассчитать угловую скорость. И таким образом восстановить ее историю, а затем и историю всего земного шара.

Геологическая история земного шара, прочитанная по-новому, тем не менее возвращает нас к старым представлениям - к существованию единого праматерика, о котором в свое время высказывался А. Вегенер. Этот праматерик - Пангея - был окружен безбрежным Мировым океаном - Панталассом, занимающим две трети земной поверхности (столько сейчас занимают все моря и океаны).

А. Вегенер считал, что 225 млн. лет назад под влиянием сил вращения Пангея начала раскалываться на части - на современные материки. Пространства между ними заполнялись водой и превратились в Индийский и Атлантический океаны.

Однако позже геофизики предложили несколько иной ход событий. Праматерик Пангея раскололся первоначально на две части: Лавразию и Гондвану. В Лавразию входили будущие части света - Северная Америка, Азия и Европа. Из Гондва- ны впоследствии образовались Австралия, Индостан, Африка, Южная Америка.

Гипотеза тектоники плит возвращает ученых именно к такому представлению о развитии земного шара. Тем самым она признает все предыдущие реконструкции.

Рассмотрим реконструкцию Гондваны. С помощью электронно-вычислительных машин было проверено, как совпадают контуры шельфа - края береговой отмели материков на протяжении десятков тысяч километров. Отлично "совпали" очертания шельфа Африки и Антарктиды, не так хорошо совместились шельфовые края Австралии и Антарктиды, Индостана и Антарктиды. Совпадения по всем континентам составили 93 %.

Установлено, что горные хребты Восточной Антарктиды частично сложены такими же гранитами, какие обнаружены в Южной Индии и на древнейших щитах Африки и Австралии. Встречаются эти граниты только в фундаменте древних платформ.

На всех материках южной группы присутствуют следы мощного оледенения. Отложения ледниковых морей встречаются в одних и тех же геологических толщах на всех материках.

Есть и другие доказательства того, что Гондвана существовала и потом распалась на современные материки. До первого раскола, который произошел 150-200 млн. лет назад, она представляла собой жесткую платформу площадью в 75 млн км². В центре этой платформы возвышался купол высотой до 3 км. Раскол привел к образованию Африкано-Южноамериканского блока. В то же время отделились Мадагаскар, и, возможно, Индия. Позже Африкано-Южноамериканский континент разделился на Африку и Южную Америку и между ними образовался Южноатлантический срединный хребет.

Тектоника плит позволяет заглянуть в еще более далекую геологическую историю Земли. Многие сторонники этой гипотезы считают, что праматерик Пангея образовался из нескольких плит, еще более древних, чем он сам. Неомобилисты считают, что вся история верхних сфер земного шара слагается из горизонтальных перемещений плит. Доказательством этому (и не единственным) служит Урал. Палеомагнитные данные подтверждают, что этот район возник в результате столкновения двух субконтинентов, предшествовавших Пангее.

Тектоника плит представляет возможность заглянуть и в будущее. Например, через 50 млн лет Австралия "уплывет" на север. Атлантический и Индийский океаны будут продолжать расширяться, а Средиземное море - сжиматься. Калифорния оторвется от материка и направится на северо-запад.

Итак, история земной коры - в движении плит. А их взаимодействие между собой определяет целый ряд геологических событий. На границах плит происходят землетрясения, растут горные системы, появляются вулканы, возникают океанические желоба.

Один из видов взаимодействия плит, называемый спредингом,- их расхождение от срединных океанических хребтов. Края плит разбиваются серией многочисленных трещин, ориентированных в направлении движения. Эти районы названы зонами дробления. Именно вокруг и около срединных океанических хребтов, вдоль их гребней особенно, происходит великое множество землетрясений. Если посмотреть на карту, на которой нанесены эпицентры землетрясений в центре Атлантического океана, то мы увидим знакомые очертания Срединно-Атлантического хребта. Кроме того, здесь значительно увеличен тепловой поток, идущий из глубин Земли. Одним словом, в этих местах наиболее активно "выплескивается" на поверхность внутренняя энергия Земли.

Другой вид взаимодействия плит - их столкновение. Подобная геологическая авария отмечается на поверхности земного шара огненными точками - извержениями вулканов, землетрясениями. Вдоль береговой линии Тихого океана эти точки образовали огненное кольцо. Таков результат столкновения океанической плиты, движущейся на восток, с материковой, а именно с Южной Америкой.

Когда край океанической плиты "ныряет" под материковую, здесь образуется узкий глубоководный желоб. В него сносятся самые древние осадки океанического дна - они как бы соскребаются туда материковой плитой.

Край плиты, погребенный под другой плитой, уходит на глубину, где его породы перерабатываются. И потом, через большой срок, появляются на поверхности, в рифтовой долине. Вечный круговорот вещества! Он дает нам ответ на вопрос, поставленный вначале: где размещается материал, поставляемый глубинами Земли через рифтовые впадины?

Встреча двух плит, как уже отмечалось, проходит под аккомпанемент сильных землетрясений. Наглядное подтверждение тому - активизация недр на восточной окраине Южной Америки. С другой, западной стороны континента никаких катастрофических явлений не происходит. Здесь континент входит в состав плиты, которая больше его самого. Западная береговая линия Южно-Американского континента - всего лишь уступ, но не край плиты.

Происхождение горных цепей "тектоника плит" объясняется несколькими способами. Когда одна плита погружается под другую, то верхняя приподнимается над нижней. Это характерно для окраин материков, если их границы одновременно являются и границами плит. Так, по мнению неомобилистов, возникли Анды и Скалистые горы.

Не все осадки океанического дна исчезают в глубоководном желобе. Часть их соскребается в виде горных цепей на краю континентов. Так были образованы Кордильеры. Если сталкиваются две плиты, несущие на себе континенты, то горы возникают по-другому. Огромные массы приходят в соприкосновение, и появляются величайшие горы, например Гималаи.

Рождение океанов новая гипотеза объясняет расхождением плит; земная кора раскрывается, словно двери поезда метро. Например, Атлантический океан, возможно, является не чем иным, как гигантским разросшимся рифтом.

В настоящее время зарождение океанов происходит в Красном море и Аденском заливе, которые являются как бы эмбрионом океана. Еще одна колыбель будущего океана - Калифорнийский залив. В этой длинной и узкой полосе воды, отделяющей Южную Калифорнию от остальной части Мексики, встречаются горячие участки и происходят землетрясения. Продолжением расселины Калифорнийского залива является система разломов Сан-Андреас в Калифорнии. К западу от залива Сан-Андреаса находится плита, несущая Тихий океан. Она неотвратимо скользит на северо-запад. Естественно, что в одном месте происходит рождение океанов, а в другом они исчезают - захлопываются идущими навстречу друг другу плитами.

В последние 20 лет исследования дна Мирового океана привели к открытию гигантских разломов и сейсмически активных зон, уходящих на большие глубины, а на континентах с помощью глубокого бурения, сейсмического зондирования, аэрокосмических методов и геологического картирования удалось выявить горизонтальные перемещения больших масс горных пород. Новая глобальная тектоника значительно усовершенствовалась и в настоящее время является наиболее признанной концепцией развития и строения верхних оболочек земного шара. Ей посвящены уже многие сотни статей, монографий, фундаментальных трудов. XXVII Международный геологический конгресс, проходивший в августе 1984 г. в Москве, подтвердил лидирующее положение тектоники литосферных плит и в то же время показал, что она в нынешнем виде уже заметно отличается от первых мобилистских построений 60-70-х гг.

Какое положение занимает неомобилистская геотектоническая концепция в современной теоретической и практической геологии?

Прежде всего, необходимо отметить, что она не отвергает многие геологические данные, полученные ранее, не отметает их, как вовсе не нужные. Напротив, она принимает их, находит место в своих построениях, включает как неотъемлемую часть. Это говорит о ее несомненном достоинстве, потому что новая идея является продолжением прежних воззрений. История науки знает немало примеров, когда старое становится частью нового и это значит, что "новое" на правильном пути. Тектоника литосферных плит сегодня дает ответ на весьма большое число теоретических вопросов.

Если посмотреть последние труды по проблемам тектоники литосферных плит, то можно убедиться: это не традиционный геологический текст. Он насыщен математикой, перед нами материалы по физике планетного тела Земля! И они показывают, что тектоника литосферных плит построена на математических расчетах, доказательствах, на основе количественных методов. Подобное в обосновании глобальных геотектонических идей происходит, пожалуй, впервые. Прежде они основывались почти целиком на качественном анализе, что открывало простор фантазии, будило воображение.

Там, где широко используется счет, где цифра становится важнейшим аргументом, где основные положения проверяются числом и мерой, там появляется возможность проверки новых данных. Теория тектоники литосферных плит, похоже, преодолевает "комплекс неполноценности" знаний, допускающий толкование одних и тех же фактов двояко, если не большее число раз. Она владеет методами и средствами, позволяющими проверять результаты геотектонических исследований практически для любого района мира. Проверка результатов - признак жизнеспособности теории, ее точности.

Упомянем и об историчности новой теории, положения которой не противоречат основному принципу геологии - актуализму (происходящее сегодня имело место и в прошлом); есть ряд фактов, которые только она берется объяснить.

Тектоника литосферных плит получила полное признание в большинстве стран, где достаточно развиты геологические науки и практика: там в стане мобилизма оказалась основная часть специалистов. Только отдельные корифеи позволяют себе играть роль "последних могикан", но отнюдь не борцов против новых представлений. На XXVII Международном геологическом конгрессе большинство докладчиков, касаясь вопросов геотектоники или металлогении, основывались на новой концепции.

Какие силы движут плиты-айсберги, несущие на себе целые континенты и океаны? Один из ответов на этот важный вопрос предложен в гипотезе О. Сорохтина. Сторонники другой точки зрения отдают предпочтение тепловым конвекционным потокам.

Конвекция - это перемещение жидкости или газа из нагретой области в более холодную. В недрах Земли сходная ситуация встречается довольно часто с той разницей, что движется твердое вещество. Причиной может быть неравномерный радиоактивный разогрев или более высокая температура глубинных слоев. Высокая температура и громадное давление на глубине придают горным породам текучесть. Разумеется, это совсем иная текучесть, чем у жидкости. Движется твердый материал, точнее, ползет, продвигаясь на ничтожные расстояния - сантиметры в год, а за миллионы лет - на десятки и сотни километров.

Существует несколько мнений о направлениях конвекционных потоков в земных недрах. Одни ученые считают, что подкорковое вещество движется в виде транспортных лент.

Группа советских ученых разработала гипотезу о том, что конвекционные потоки вызваны космическими причинами. Притяжение Солнца и Луны замедляет вращение Земли, создавая в ней твердые приливы, т. е. заставляя течь податливее подкорковое вещество.

В последние годы геофизики, обнаружившие астеносферу, предположили, что плиты могут скользить по ней под действием центробежных сил.

Другая гипотеза: конвекционный поток, обегающий весь земной шар по астеносфере с запада на восток, перемещает плиты. (Именно такой поток губит острова в научно-фантастическом фильме "Гибель Японии".) Круговорот потока вызван вращением Земли. Течение земных недр влечет за собой плиты, словно льдины. Если плита послушно следует потоку, то его течение не нарушится. Если же она притормозит, то часть текущего материала наталкивается на край плиты и устремляется вверх, образуя, например, островные дуги.

Но может быть так: конвекционные потоки создают струи вещества, восходящие из глубин Земли, возможно, даже от его ядра. Эти струи сначала поднимаются вверх, а затем, натолкнувшись на более прочные верхние слои Земли, дробятся и начинают растекаться по сторонам. Возникает плюмаж - букет из потоков растекающегося глубинного материала. Эти конвекционные потоки могут быть двигателями плит. Они могут придать одним плитам большую скорость, чем другим. Могут, подолгу удерживая плиты на месте, столкнуть их или развести в противоположные стороны.

Теперь представим, что какая-то плита оказалась над плюмажем. Его струи пришли в соприкосновение с дном плиты - глубинный материал начал внедряться в плиту. В слоях, подстилающих земную кору, появляются горячие точки - районы с интенсивной глубинной деятельностью. Здесь повышается поток тепла из глубины, возрастает сейсмическая активность. Затем может произойти разрыв плиты, если она тонкая.

Следующий этап - прорыв энергии плюмажа на поверхность. В месте горячей точки начинает работать вулкан. Сейчас на Земле обнаружено 60 действующих горячих точек.

Океанические плиты, как правило, тонкие, и струи плюмажа их легко прорывают. Именно поэтому на дне морей и океанов обнаружено много вулканов. Раньше оставалось загадкой: почему вулканические острова возникают посредине океанической плиты, там где энергия земных глубин особенно сильно себя не проявляет? Новая гипотеза объясняет это.

Если же плюмаж или группа плюмажей оказались под толстой континентальной плитой, то их струи могут и не прорваться на поверхность. Они увязнут в земной коре, оставляя на ней соответствующие "шрамы". Такие шрамы - следы магматической деятельности - геологи наблюдают довольно часто.