Земля пульсирует? Земля расширяется?

Некоторые положения тектоники плит не всегда находят веские подтверждения при геологических исследованиях и поэтому вызывают сомнение в их существовании. Так, в пользу процесса спрединга свидетельствуют многочисленные факты. Глубоководное бурение и геофизические исследования показывают, что тепловой поток снижается в направлении от осей срединно-океанических хребтов к периферии океанов, в том же направлении мощность литосферы увеличивается, та же картина - и в отношении мощности осадочного слоя. Число подводных вулканов сокращается, и они становятся меньше "ростом". В верхней части базальтового слоя, слагающего океаническое дно, повышается скорость сейсмических волн. И все это можно объяснить только непрерывным подъемом к поверхности глубинного вещества, т. е. спредингом.

Противоположный процесс - субдукция, поддвигание океанической коры на активных окраинах континентов, ее поглощение недрами с целью компенсации избытков поднятого наверх материала. Вот этот процесс вызывает сомнение. По мнению ряда тектонистов, субдукция остается лишь "остроумным предположением". Зоны субдукции должны выходить на поверхность дна океана в виде осевых частей глубоководных желобов, но они пока не доступны ни глубоководному бурению, ни визуальному обзору с подводных аппаратов (проведение таких работ еще только планируется), и поэтому их никто не видел. Согласно тектонике литосферных плит, за последние 150 млн. лет жизни Земли в зонах субдукции должны были "исчезнуть" около двух трети всей поверхности Земли. Если же предположить, что механизм поглощения избытков глубинного материала действовал в течение последних полутора миллиардов лет, то через него должна была пройти вся земная кора. Однако этого не наблюдается... Большая часть площади континентов сложена земной корой, возраст которой более 1,5-2 млрд. лет, и это означает, что все это время она оставалась недвижимой. Вообще, чересчур грандиозный масштаб приписывает тектоника литосферных плит процессу субдукции, а следы его нигде явно не встречаются.

Отрицание одного из основных положений тектоники плит и признание другого - спрединга привели к выдвижению альтернативных гипотез - расширяющейся и пульсирующей Земли, а некоторые геотектонисты даже объединяют обе эти гипотезы, считая, что они хорошо дополняют друг друга и могут объяснить то, что пока не удается новой глобальной тектонике.

Возможность расширения земного шара была высказана еще естествоиспытателями XVIII столетия. Это предположение бытовало в геологической науке вплоть до середины XIX в., когда общее признание получила контракционная гипотеза. Она, как отмечалось ранее, имела в виду противоположный процесс - сжатие Земли, ее расширение считалось невозможным. Позже гипотеза увеличивающейся в объеме планеты существовала наряду с другими геотектоническими идеями, но никогда она не занимала лидирующего положения.

В начале 30-х гг. немецкий геофизик О. Хильгенберг обосновал быстрое расширение Земли на основе данных того времени. По его мнению, более чем 100 млн. лет назад земной шар стал резко увеличиваться в объеме. И этот процесс ничем не прерывался и продолжается до сих пор. До середины мелового периода - более 135 млн. лет назад - радиус земного шара был вдвое меньше, чем сейчас, и тогда материки образовывали на его поверхности сплошной покров. Когда впоследствии началось быстрое расширение Земли, ее верхние оболочки разделились на шесть континентов, а между ними пролегли моря и океаны.

Позже эта гипотеза была поддержана физиками, которые посчитали, что в ходе развития Вселенной уменьшается гравитационная постоянная и это не может не сказываться на плотности вещества нашей планеты. Ведь давление на него понемногу, но постоянно сокращается, а плотность в связи с этим должна также уменьшаться. Следовательно, объем Земли будет возрастать.

Расширяющаяся Земля получила поддержку со стороны палеонтологов, которые утверждали, что общая смена животного мира более мелкими живыми организмами и вымирание животных-гигантов былых геологических эпох вызваны "распуханием" планеты. Наиболее крупные представители животного мира не смогли выжить в новых изменившихся условиях.

Геологи увеличивают список аргументов в пользу расширяющейся планеты. Они указывают на очень сильные изменения структуры и состава некоторых самых древних пород, выходящих на поверхность Земли. Эти породы обладают такими особенностями, будто образовались при очень больших давлениях, которые возможны только на глубинах до 50 км. Но гигантские массивы горных пород не могут подняться к поверхности, находясь на такой глубине.

Однако если радиус Земли несколько миллиардов лет был меньше вдвое, то сила земного притяжения во много раз превышала известную сегодня. Высокие давления, требуемые для образования горных древних пород, могли быть на глубинах 10-12 км, а не в 50 км от поверхности Земли. В таких условиях становится реальностью подъем больших горных масс наверх вплоть до поверхности Земли.

Современные исследования палеонтологов позволяют сегодня установить, как росли кораллы в прежние геологические времена. Они выяснили, что у кораллов каменноугольного периода (их возраст около 300 млн. лет) число суточных ритмов в течение года достигало 390, а еще более древних - девонских кораллов (возраст которых равен почти 380 млн. лет) число суточных ритмов в течение девонского года достигало 400. Таким образом, можно утверждать, что в былые геологические эпохи скорость вращения земного шара вокруг оси была больше и с течением геологического времени она значительно уменьшилась. Этот удивительный факт легко объясняется увеличением радиуса Земли. Ученые предполагают, что за последние 300-400 млн. лет он увеличился на несколько процентов, но не более четырех, а поверхность земного шара стала больше соответственно на восемь процентов и еще больше вырос объем Земли, при этом ее плотность (в среднем) незначительно уменьшилась.

После того как методы палеомагнитных исследований широко вошли в практику геологии, их стали использовать для доказательства гипотезы расширяющейся Земли (имеются в виду довольно значительные изменения ее радиуса).

Давно известно, что при остывании лавовых потоков, излившихся на поверхность Земли, гематит, магнетит и другие ферромагнитные минералы, заключенные в лавах, намагничиваются. Их намагниченность определенным образом ориентирована в направлении силовых линий магнитного поля Земли. Это свойство ферромагнитных минералов сохраняется надолго, на сотни миллионов лет. То же самое происходит и в осадочных породах, если в них имеются намагниченные минералы. Каждое зерно этих пород, располагающее таким минералом, ведет себя подобно миниатюрной компасной стрелке - оно ориентируется согласно "указаниям" магнитного поля Земли, которое имелось в тот момент, когда эти зерна осаждались.

Изучая остаточную намагниченность древних горных пород, специалистам удается восстановить обстановку того времени: они определяют географическую широту и направление меридиана далекой геологической эпохи, во время которой родилась горная порода. А уже по ним нетрудно определить расположение прежнего магнитного полюса, который оставил воспоминания о себе в великом множестве определенно ориентированных ферромагнитных минералов.

Предположим, что с давних геологических пор и до наших дней материки никогда не трогались с места... Тогда магнитные полюсы, вычисленные по ориентировке ферромагнитных минералов горных пород различного возраста (от древнейших до четвертичных), расположились бы весьма закономерно. Однако этого не происходит. Вычисления специалистов по палеомагнетизму показывают, что материки перемещались относительно друг друга на тысячи километров и при этом постепенно меняли свое положение - разворачивались.

Палеомагнитные исследования хорошо согласуются с палеоклиматическими данными, а именно с распространением ледниковых отложений, осадочных пород с соляными прослоями, гипсом, доломитами, с построениями А. Вегенера и его последователей...

И уже совсем недавно появились работы в области палеомагнетизма, подтверждающие идею расширяющейся Земли на основе современных данных. В этих работах обосновывается вывод о том, что более полутора миллиардов лет назад радиус Земли составлял чуть более половины от нынешнего. Тогда все материки довольно близко примыкали друг к другу. Через определенное геологическое время началось расширение Земли и между материковыми массивами появились большие по площади участки океанической коры.

Если признать возможным расширение земного шара в прошлые геологические эпохи, то удается логично объяснить происхождение гигантских океанических впадин, рифтовых зон, не привлекая для этого процесс поглощения земной коры, поддвигаемой под литосферные плиты. Иными словами, можно будет отказаться от процесса субдукции.

Член-корреспондент АН СССР Е. Е. Милановский считает, что размеры Земли увеличивались вследствие уменьшения плотности ее вещества. Причина разуплотнения кроется в сложных процессах, происходящих в недрах планеты. Имеется в виду преобразование вещества в глубинных сферах, астеносфере, верхней и нижней мантии, а может быть, и в самом центре земного шара - в его ядре. Сегодня жизнь планеты рассматривается не в статике, не в состоянии покоя; геологи считают ее динамичной системой, в которой происходят непрерывная дифференциация вещества, перестройка первоначальной конструкции земного шара. Ученые по-разному рассматривают процессы перестройки, но в любом случае она непременно сопровождается подъемом гигантских масс материала из глубин наверх, ближе к земной поверхности. Имеются и встречные потоки: более тяжелое вещество погружается. Параллельно с этим в больших объемах горных пород происходят различные физико-химические реакции, вызывающие дегазацию глубинных пород, образование легкоплавких веществ, выделение вод и др. Итогом всех этих многочисленных и многообразных преобразований оказывается изменение плотности упаковки вещества. Когда оно опускалось ближе к центру Земли, то его плотность возрастала и, напротив, уменьшалась при подъеме к земной поверхности. Это подтверждается целым рядом исследований, обнаруживающих различные признаки того, что все процессы в глубинах земного шара имеют общую направленность - уменьшение средней плотности вещества.

Свое объяснение спорных моментов в истории развития нашей планеты предлагает и концепция пульсирующей Земли. Она впервые была высказана примерно полвека назад американским геологом В. Бэчером и советскими академиками М. А. Усовым и В. А. Обручевым. Согласно их воззрениям, периоды расширения планеты сменялись периодами сжатия. И снова геологи находят тому подтверждение. Установлено, например, что в прошлом регулярно сменяли друг друга эпохи, то усиливалась, то ослабевала вулканическая деятельность на всей планете. Чередовались также наступления океанов на сушу и их отступление в обратном направлении. Подмечена цикличность накопления осадочных пород.

Все это хорошо объяснено пульсацией размеров Земли. В период сжатия земная кора коробится, емкости океанических и морских впадин увеличиваются и в них накапливаются большие массы воды. Океанические и морские воды как бы отступают от суши. Когда же происходит расширение планеты, земная поверхность немного сглаживается, уменьшается глубина Мирового океана и его воды захватывают часть поверхности - получается, что океан наступает на сушу...

Многие загадочные факты геологической биографии Земли способна логично объяснить гипотеза расширяющейся Земли, и среди них - дрейф литосферных плит, не привлекая для этого механизм "ныряния" одной плиты под другую и поглощение погруженной части недрами Земли.

Представители новой глобальной тектоники не возражают против некоторых положений гипотез расширяющейся и пульсирующей Земли. Они считают, что радиус земного шара действительно мог увеличиваться... Если современный радиус принять равным единице, то в кембрийский период (570 млн. лет назад) он составлял 0,85, в меловой (137 млн. лет назад) - 0,99, в совсем близкое нам время (несколько десятков миллионов лет назад) чуть больше единицы. Однако расчеты показывают, что даже при таком незначительном росте земного радиуса вновь образуются сотни миллионов квадратных км новой земной коры. Куда же девается излишек?

Нет, все же приходится признать существование субдукции. Ярким доказательством реальности этого процесса член- корреспондент АН СССР П. Н. Кропоткин считает исчезновение океана Тетис, имевшего в юрском периоде ширину 5 тыс. км. Позже он был полностью перекрыт "материковыми глыбами при сближении Индийской платформы с глыбой, охватывающей среднюю и северную часть Азии и Европы". Следы субдукции в настоящее время активно изучаются зарубежными геологами в Каракоруме - горной системе Центральной Азии, расположенной на территории Индии. Там обнаружены гигантские блоки океанической коры Тетиса. Они представлены пластинами толщиной до 15 км и длиной до 300 км. Пластины сложены магматическими породами и в свое время были оторваны от дна океана и подняты на поверхность в момент столкновения плит.

Анализ складчатых поясов, возникших за последние 150 млн. лет, также убеждает в реальности субдукции. Эти пояса пролегли через Аляску, Скалистые горы, Антильские острова и Кордильеры и достигли Антарктиды. Другой пояс берет начало в Новой Зеландии, проходит через Новую Гвинею, Индонезийские острова, Гималаи, Гиндукуш, Кавказ, хребты Балканского полуострова и далее через Альпы, Южную Испанию до Марокко. В этих поясах сохранились следы сильного сжатия, приведшего к образованию складок, надвигов, поддвигов.

Погружение земной коры, главным образом базальтовой, представляющей дно древних океанов, на большую глубину происходит вследствие конвекции мантии Земли. При этом базальтовые толщи и лежащие на них осадочные породы погружаются на глубины до 150 км. Они оказываются в условиях высоких давлений и температур, и из них выплавляются более легкоплавкие соединения, которые затем выдавливаются в вышележащие горизонты. Оставшийся на глубине материал после этого становится более плотным, и мантийные потоки могут увлечь его вниз.

Так, сторонники тектоники литосферных плит отвечают на еще одно возражение против субдукции, которое заключается в том, что по закону Архимеда менее плотное вещество, пришедшее на глубину с приповерхностных областей, не может погрузиться в более плотные слои. Крупные глыбы действительно не уходят глубоко в недра, они дробятся на отдельные большие блоки, чешуи, нагромождаются друг на друга, подобно ледяным торосам.

П. Н. Кропоткин соглашается с возможным небольшим сокращением радиуса Земли, что не противоречит положениям тектоники плит. Подтверждением такого сокращения он считает сжимающие напряжения в земной коре. Они обнаружены повсеместно в крепких скальных породах - гранитах, песчаниках, в которых пройдены туннели, стволы, штреки и многие подземные выработки различного назначения. Такие напряжения приносят неприятности горнякам Хибинских апатитовых рудников, Джезказгана, Донбасса и т. д. Они вызывают горные удары - внезапные нарушения стенок выработок, взрывные выбросы горных пород и т. д.

О том же свидетельствует изучение механизма землетрясений: сейсмические толчки сопровождаются взбросами, надвигами в тех районах, где они происходят, а это можно объяснить сжатием земной коры.

Многие факты подтверждают попеременное изменение радиуса Земли, о чем еще в 40-е гг. писал академик М. А. Усов. Первым из советских геологов он пришел к выводу о том, что на некоторых участках земная кора то опускается, то поднимается и это является следствием борьбы двух вечных сил, двух противоположных начал в развитии любого процесса: притяжения и отталкивания, а в условиях земной коры - сжатия и расширения. Учитель М. А. Усова академик В. А. Обручев согласился с этим, но дополнил идею пульсирующей Земли. Ее история слагается из продолжительных эволюционных периодов и кратковременных - революционных. И те и другие характеризуются сменой одних сил другими, однако в революционные промежутки эта смена происходит резко, скачкообразно... Глыбы земной коры, оказавшиеся между зонами сжатия и растяжения, могут перемещаться в горизонтальном направлении.

Одна из слабых сторон гипотез расширяющейся и пульсирующей Земли - "отсутствие" механизма, вызывающего эти серьезные изменения в масштабах целой планеты. Считается, что одной из причин могло бы быть чередование фаз разогрева с фазами остывания. Но коэффициент теплового расширения земного материала очень мал: разогрев на каждые 100 °С всей планеты дал бы увеличение радиуса не более чем на 10 км. Прибавим к ним еще 5-6 км, на которые может произойти увеличение радиуса в результате фазовых переходов в мантийном веществе (это установлено экспериментально). Итого мы получим всего 10-15 км.

Экспериментальные данные также показывают, что за последние миллиарды лет температура Земли если и менялась, то не более чем на 100 °С. А для того чтобы расширить Землю до таких пределов, которые устанавливает гипотеза, требуется гораздо более высокий нагрев, чуть ли не расплавление всего земного вещества и даже его частичное испарение.

Не подтверждают современные физические исследования и возможные изменения земного шара в связи с уменьшением значения гравитационной постоянной. Слишком грандиозные последствия имело бы это не только для нашей планеты, но и для всей Солнечной системы.

И все же некоторые положения гипотез расширяющейся и пульсирующей Земли могут быть использованы тектоникой плит. Например, при объяснении ряда геологических явлений на континентах, иными словами, внутри литосферных плит. Кроме того, последние палеомагнитные исследования показывают, что миллиарды лет назад относительное расположение центральных частей современных континентов, например Австралии, Африки, Северной Америки, не менялось, что континенты южного полушария еще недавно (в геологическом смысле) сохраняли неизменное положение относительно друг друга. Ряд специалистов, в том числе и принадлежащих к мобилистским школам, высказывает предположение, что тектоника плит начала действовать последние 150-200 млн. лет назад. До того земная кора еще недостаточно отвердела, еще не успела стать жесткой и поэтому была неспособна разделиться на плиты. Предшествующую геологическую историю развития Земли, возможно, удачнее объяснят альтернативные гипотезы.

Тектоника плит родилась при изучении океанического дна, и особенности его строения она объясняет довольно полно. Однако, применяя новые концепции к геологии континентов, мы видим, что на многие важные вопросы континентальной геологии ей ответить пока не удается. Необходима дальнейшая разработка новой теории, которая в конечном счете сможет учесть всю сумму геологических данных. Возможно, что тектоника плит станет важным этапом на пути становления глобальной теории развития нашей планеты.

XXVII Международный геологический конгресс продемонстрировал большие возможности современной геологии в выявлении новых месторождений различных полезных ископаемых. Прежде всего это касается таких важнейших видов сырья, как нефть, газ, уголь. Далек от исчерпания фонд месторождений металлических и неметаллических руд. И в то же время участники конгресса подчеркнули, что прошел период минерально-сырьевого изобилия. Новые месторождения придется искать и разведывать на все большем удалении от земной поверхности, в труднодоступных районах, на шельфе Мирового океана и в его глубоководных частях. Геологоразведочные работы год от года будут становиться все более трудоемкими и дорогостоящими.

В связи с этим особое значение приобретает теоретическая база геологических поисков и разведки. На ее основе должны строиться и претворяться в жизнь стратегия и тактика геологоразведочных работ. Только научно обоснованный прогноз новых перспективных районов позволит проводить эти работы наиболее эффективным образом.

Поисковые и разведочные работы всегда основывались на передовых теориях развития и строения земной коры. В настоящее время классические представления, базирующиеся на статической схеме развития земной коры, приоритете вертикальных движений, исчерпали свои ресурсы. Возрос объем принципиально новой информации о глубоких горизонтах, процессах, протекающих там, которые не поддаются объяснению с традиционных позиций. Такие данные, в частности, получены в процессе бурения сверхглубоких скважин. Увеличилась также сложность прогнозирования месторождений полезных ископаемых, поскольку требуется учитывать большое количество оценочных критериев, нередко противоречивых, выработанных эмпирическим путем. Такое прогнозирование в какой-то мере решает задачи общего характера, но слабо работает при локальном предвидении, когда требуется оконтурить конкретную площадь для обнаружения месторождения.

Тектоника литосферных плит открывает новые подходы к решению задач по установлению закономерностей размещения полезных ископаемых. Теория утверждает, а опытные данные подтверждают, что многие рудные месторождения, как правило, образуются по краям плит. В океаничеких рифтовых зонах происходит скопление залежей хромитов, полиметаллов, некоторых драгоценных металлов, никеля... Для рифтовых зон и континентов характерны другие комплексы полезных ископаемых. Глубинному магматизму базальтового типа обычно сопутствуют сульфидные руды, магматизму щелочному и гранитоидному - редкоземельные металлы, танталниобиевая и оловорудная минерализация.

В тех регионах, где происходит поддвиг плит, следует обратить внимание на медно-порфировые, медно-молибденовые колчеданные оруденения, полиметаллы и на некоторые драгоценные металлы. В районах столкновения островных дуг с окраинами континентов активно развиваются процессы гранитизации, порождающие разнообразные виды минерализации: олово и вольфрам, редкоземельные металлы, ниобий-циркониевое оруденение...

Эти выводы тектоники литосферных плит позволяют на более определенной основе составлять научные прогнозы и в соответствии с ними направлять поисковые работы.

В последние годы применение различных моделей плитной тектоники закончилось открытием за рубежом ряда крупных месторождений меди, золота, марганца, нефти и газа, а также новых нефтегазоносных бассейнов, например, морские месторождения вблизи Фолклендских (Мальвинских) островов. В Центральной Америке обнаружены крупные медно-порфировые месторождения с запасами металла на миллионы тонн, нефтяной гигант выявлен в Саудовской Аравии, его прогнозные запасы - до 20 млрд. т. В Скалистых горах и Аппалачах в Северной Америке, а также на Кубе были открыты залежи, "упрятанные" под крупными горизонтальными надвигами.