Геотектонические гипотезы

Причины возникновения материков, морей и океанов, а также образования гор и формирования тех или иных теологических структур исследователей нашей планеты интересуют очень давно. Изучением различных геологических структур, происхождением и историей их развития занимается специальная отрасль геологии — тектоника или геотектоника, поэтому все рассматриваемые гипотезы называются геотектоническими. Поскольку затронутый вопрос является чрезвычайно сложным, то учеными в разное время было высказано много различных геотектонических гипотез. Особенно много геотектонических гипотез появилось в XIX и XX вв.. но. к сожалению, ни одна из них в настоящее время не может дать исчерпывающего объяснения происхождению различных движений, обусловливающих процессы образования гор и складчатости, материков и морей. Это можно объяснить, прежде всего, сложностью вопроса и, кроме того, все еще слабой изученностью земной коры, 71% поверхности которой скрыто под водами морей и океанов.

Все геотектонические гипотезы условно можно объединить в три группы: контракционные гипотезы, или гипотезы сжатия, гипотезы горизонтального движения континентов и радиологические гипотезы.

Контракционные гипотезы, или гипотезы сжатия. Согласно данной группе гипотез, наша планета вначале представляла расплавленную массу и в настоящее время находится в состоянии прогрессивного охлаждения. Наружная ее оболочка уже охладилась и поэтому ее объем остается неизменным, в то время как внутренние части Земли, еще недостаточно остывшие, продолжают сжиматься и уменьшаться в объеме. Это приводит к тому, что земная кора становится слишком просторной для уменьшающегося ядра и она под влиянием постоянно существующих внутренних сил сминается в складки.

Авторы данной группы гипотез сравнивают нашу планету с усыхающим яблоком, морщины которого соответствуют складкам Земли. Идеи контракции высказывались и поддерживались большим количеством ученых, среди которых следует упомянуть Э. Зюсса, Э. Ога, Г. Штилле, И. Мушкетова, А. Павлова и многих других исследователей.

Некоторые представители данных групп гипотез объясняли сжатие земной коры процессами изменения формы Земли, которые были вызваны уменьшением скорости ее вращения вокруг оси. Так, они считали, что Земля в далеком прошлом вращалась вокруг оси значительно быстрее, чем в современную эпоху. Поэтому она прежде представляла собой значительно более сильно сплюснутый эллипсоид вращения. В связи с уменьшением скорости вращения форма ее впоследствии все больше и больше приближалась к форме шара. По мнению сторонников такого предположения, это должно было привести к сокращению площади земной поверхности, так как известно, что один и тот же объем имеет минимальную площадь поверхности, если он имеет форму шара. Поэтому земная кора с течением времени должна была сжиматься и подвергаться смятию в складки.

Дальнейшее развитие гипотезы сжатия получили в учении о геосинклиналях и платформах, основы которого были изложены выше. Как уже отмечалось, в пределах геосинклинальных областей имеет место усиленное накопление осадков и погружение их на большие глубины. В результате погружения происходит смятие горных пород в складки и возникновение на месте геосинклиналей (в результате инверсии) горных сооружений.

Учение о геосинклиналях называют венцом развития контракционных гипотез. Д. Холл, Д. Дана, Э. Ог, А.П. Карпинский, А.П. Павлов, В.А. Обручев, А.Д. Архангельский, И.М. Губкин и многие другие ученые являются представителями этой школы.

Однако все контракционные гипотезы имеют слабые места. Они недостаточно объясняют:

1) происхождение горных сооружений меридионального простирания (Кордильеры, Анды и др.);

2) чем вызвана существенная разница в строении земной коры в пределах океанов и континентов;

3) почему процессы орогенеза на Земле имеют тенденцию к периодичности.

Гипотезы горизонтального движения континентов. Отмеченные слабые стороны контракционных гипотез пытались устранить авторы гипотез мобилизма, или горизонтального движения континентов. Ученым, который наиболее полно обосновал данную гипотезу, был немецкий геофизик Альфред Вегенер. Согласно его гипотезе сиалическая оболочка еще в ранние эпохи архейской эры покрывала всю Землю, под которой располагалась огненно-жидкая симатическая оболочка. Эту сплошную сиалическую оболочку Ветенер назвал Пангеей. Под влиянием притяжения Солнца была оторвана от Земли часть ее сиалической и частично симатической оболочки. Это произошло где-то в районе современного Тихого океана. За счет этой оторвавшейся массы впоследствии образовалась Луна. На Земле же сиалическая оболочка сохранилась лишь в пределах современных континентов. Под влиянием центробежной силы оставшаяся масса сиалической оболочки продолжала движение по симатическому веществу. В дальнейшем, сиалическая оболочка раскололась на ряд отдельных глыб, каждая из которых в отдельности перемещалась по симатическому веществу в направлении с востока на запад со скоростью, пропорциональной их массе.

Наряду с плаванием глыб по веществу симы в морях и океанах должно было происходить накопление осадков за счет разрушения континентов. Поэтому осадки, которые откладывались по окраинам глыб, сминались в складки, так как плавающие глыбы давили своим передним краем на накапливающиеся перед ними отложения. Таким образом, на переднем крае плавающих глыб происходили складкообразовательные и горообразовательные процессы. Так, например, считают, что от Европы и Африки откололась и отплыла Америка, причем на переднем крае Американской глыбы в результате трения возникло смятие — Анды и Кордильеры.

Задний край глыб должен был испытать растяжение, вызываемое застреванием сиалических масс в более вязком симатическом веществе. Вследствие этого от сиалических глыб отрывались отдельные куски, которые затем оставались в океане в виде островов.

Таким образом, гипотезы горизонтального движения континентов в какой-то степени объясняют происхождение островов на заднем — восточном — крае Европейско-Азиатской глыбы. Такими же отколовшимися глыбами сналического вещества, по Вегенеру, можно считать острова Мадагаскар, Цейлон, Тасмания, соответственно отделившиеся от Африки, Индостана, Австралии и т. д.

Рассматривая геологическую карту мира можно убедиться в известном параллелизме восточных и западных берегов Атлантического океана. Там, где на востоке океан вдается в материк в виде заливов, на западе имеется соответствующий выступ суши и, наоборот, там, где на востоке имеется выступ суши, на западе наблюдается соответствующий залив. Таким образом, очертания берегов и их геологическое строение по обеим сторонам Атлантического океана в некоторой степени совпадают. Согласно данной гипотезе, все эти наблюдения служат подтверждением того, что Европа, Африка и Америка в историческом прошлом составляли единое целое и затем произошло отделение Америки от первых двух материков.

Гипотезы горизонтального движения материков в какой-то степени объясняют оледенения, происходившие в течение палеозойской эры в Южной Америке, Южной Африке, Индии и Австралии. При совмещении указанных материков места оледенения сливаются в единую площадь. Они также объясняют общность животного мира разных континентов в различные геологические эпохи.

Однако и у этих гипотез имеются слабые стороны, которые вызывают возражения. Так, например, они не в состоянии объяснить периодичность процессов орогенеза; на основании законов механики невозможно объяснить плавание более легких глыб сиаля по более плотной и чрезвычайно вязкой симе; неизвестны силы, вызвавшие разрыв Пангеи; совпадение конфигурации отделившихся друг от друга континентов весьма приблизительно и ряд других фактов.

Несмотря на указанные недостатки, эти гипотезы в какой-то степени отражают истину, в частности, горизонтальные движения континентов, хотя и не в таких крупных масштабах, все же существуют. В настоящее время эго можно считать установленным. К примеру, А. Вегенер, сопоставляя данные многократных измерений долготы о. Сабина у берегов Гренландии, установил перемещение о. Сабина и берега Гренландии за 84 года на 950 м к западу, что соответствует скорости 11 м в год.

В последние годы в пользу данной гипотезы высказались специалисты-геофизики, изучающие остаточный магнетизм древних горных пород. Оказывается, что при расчетах географического положения древних полюсов необходимо обязательно вводить поправку на расползание материков по Вегенеру.

Радиологические гипотезы. Данная группа гипотез связывает причины складко- и горообразования с теплотой, выделяющейся при радиоактивном распаде элементов, сконцентрированных главным образом в нижней части сиалической и в меньшей мере в верхней части симатической оболочек. Наиболее распространенными радиоактивными элементами, выделяющими значительное количество теплоты, являются уран, торий и калий. Среди горных пород наиболее богаты этими элементами кислые магматические породы, особенно граниты; основные же породы значительно беднее ими.

Выделяющаяся при радио активном распаде тепловая энергия нагревает вещество сиалической и верхней части симатической оболочек. Поскольку вещество «симы» в недрах Земли постоянно находится в разогретом состоянии и температура его близка к точке плавления, то при незначительном ее повышении (до 5°) оно переходит в расплавленное состояние. В жидком состоянии объем симатического вещества примерно на 12% больше, чем в твердом. Увеличиваясь в объеме при расплавлении, оно разрывает сиалическую оболочку и разбивает ее на отдельные глыбы, каждая из которых погружается в расплавленную «симу». Глубина погружения каждой глыбы зависит от мощности сиалической оболочки; чем больше мощность, тем больше погружение. По мере погружения сиалических глыб базальтоподобное вещество «симы» устремляется по образовавшимся трещинам в виде мощных базальтовых излияний. Подобные излияния, например, хорошо известны в Индии, на Деканском плоскогорье, в Северней Америке, бассейне р. Колумбии и других местах. В то же время погружающиеся участки суши испытывают трансгрессию моря с накоплением морских осадков.

Кроме того, сиаличеекие глыбы приобретают способность горизонтального перемещения. Однако в отличие от ранее рассмотренных гипотез мобилизма в данном случае движение глыб происходит только тогда, когда симатическое вещество находится в расплавленном состоянии. В результате такого движения сиалических глыб происходит смятие горных пород в складки и образование гор.

Процессы складко- и горообразования, а также излияния базальтовых лав сопровождаются потерей значительного количества тепловой энергии, в результате чего вещество «симы» вновь переходит в твердое состояние. Затем начинается длительный период накопления теплоты, выделяющейся при радиоактивном распаде в пределах «сиаля» и верхней части «симы». Это приводит к возрастанию температурил вещества «симы», и когда оно снова переходит в расплавленное состояние, все описанные выше явления повторяются вновь. Таким образом, радиологические гипотезы объясняют периодичность процессов орогенеза.

Естественно, что расплавление «симы» происходит не повсеместно, а в тех местах, где имеется большая концентрация радиоактивных веществ. Вследствие этого процессы складко- и горообразования не могут быть одновременными для всей Земли в целом.

Следуя М.М. Чарыгину и др., эпохи складко- и горообразования можно рассматривать как революционные, а эпохи постепенного выравнивания рельефа и превращения континентов в пенеплен — как эволюционные эпохи в жизни земной коры. По подсчетам Джоли, одного из главных авторов радиологических гипотез, каждая революционная эпоха продолжается 3—5 млн. лет, а каждая эволюционная — около 30—33 млн. лет.

На современном этапе развития геологии радиологические гипотезы рассматриваются как наиболее приемлемые, но, к сожалению, и они не могут дать исчерпывающего объяснения процессам складко- и горообразования, а также формирования тех или иных геологических структур ввиду чрезвычайной сложности затронутого вопроса.

Рассмотренные выше различные группы гипотез в известной мере используют в своих построениях принцип равновесия (изостазии), выделяемый многими авторами как самостоятельную теорию горообразования. Согласно данной гипотезе материковые глыбы благодаря своей тяжести вдавливаются в магму на различную глубину. Разгрузка глыб происходит вследствие их денудации, а дополнительная нагрузка возникает при накоплении снесенных во впадины разрушенных частиц. Прогибание и поднятие участков земной коры происходят соответственно при увеличении нагрузки и при их разгрузке. Эпейро»генические движения и в известной мере складчатые движения некоторые ученые объясняли принципом изостазии, получившим название «теории изостазии».

Все рассмотренные геотектонические гипотезы в известкой степени объясняют причины складкообразовательных и вертикальных движений в земной коре. Однако ни одна из них не дает исчерпывающего объяснения всему многообразию движений, которые претерпела и претерпевает земная кора на протяжении всей истории ее существования. Для того чтобы удовлетворительно объяснить причины складко- и горообразования, необходимо хорошо знать процессы, происходящие в глубоких недрах Земли.