Планета земля: образование и развитие

Зоны столкновения платформ специалисты  называют геосинклинальными складчатыми  поясами Земли. В пределах этих поясов и происходит горообразование. Взглянем на карту книги по географии (рис. 5)¹⁴.

 

 

Рис. 5. Древние платформы и геосинклинальные области Евразии.

 

Вот, например, хорошо известный  Альпийский складчатый пояс. Он проходит от Испании через Альпы, Доломиты, Карпаты, Крым, Кавказ, Памир, Гималаи, Гиндукуш, Кара-Корум. Или Урало-Монгольский  пояс, он простирается от Новой Земли через Урал, Тянь-Шань, Алтай, часть Саян. Складчатые пояса разделяют либо платформы (Альпийский, Урало-Монгольский), либо материковые и океанические плиты (Тихоокеанский пояс).

Толщина земной коры в  различных местах различна. Под древними платформами она составляет 15-20 километров, под горными массивами значительно больше. Горы, как айсберги, поднимаются над поверхностью Земли, но при этом их основания глубже погружаются в мантию. Под Кавказом, при средней высоте гор от 2,5 до 3,5 километров, толщина земной коры достигает 30-40 километров. Под Тянь-Шанем при высотах 5-6 километров мощность земной коры достигает 70-80 километров. А вот под океанами, где нагрузка значительно меньше, уменьшается и толща горных пород. Здесь она колеблется от 4 до 15 километров (рис. 6).

 

 

Рис. 6. Толщина земной коры под основными геологическими структурами.

 

Активное горообразование  идет не постоянно и не на всем протяжении складчатых поясов. Периоды горообразования, их называют эпохами складчатости, проявляются на различных участках поясов в разное время. Горы в эпоху складчатости образуются в два этапа. На первом происходит столкновение платформ. Чудовищная энергия их движения I гриводит в зоне столкновения к прогибанию земной коры. Почему именно к прогибанию? Потому что породам, вытесняемым из зоны столкновения, проще преодолеть выталкивающую (архимедову) силу жидкой мантии, чем силу тяжести. По краям образующихся прогибов возникают тектонические разломы. По ним выдавливается расплавленная магма, образуя многочисленные вулканы и целые лавовые поля. Такие поля можно увидеть, например, в Армении или в Индии на плоскогорьи Декан.

Прогибание идет очень  медленно по несколько сантиметров  в год и продолжается тысячи и  миллионы лет. Прогибы заполняются  морской водой. В мелководных теплых морях активно размножаются живые организмы. Отмирая, они образуют своими скелетами и панцирями километровые толщи осадочных пород: известняков, мергелей и др. Но вот энергия сталкивающихся платформ исчерпана. Встречное движение прекращается, прекращается и прогибание земной коры. Наступает второй этап горообразования.

Под действием выталкивающей  силы происходит медленное поднятие погруженных в мантию пород, смятие пластов и образование горных хребтов и межгорных впадин. Когда  все силы уравновешиваются, горообразование прекращается и эпоха складчатости завершается. Район стабилизируется, превращаясь в молодую платформу¹⁵.

Затем, вернее одновременно, горы начинают разрушаться. Обломки  пород переносятся водой к  их подножью в межгорные впадины и краевые прогибы. Со временем (миллионы лет!) они могут совершенно исчезнуть под наносами, а последующие геологические процессы способны превратить их в гладкие равнины. Такие разрушенные горы прячутся, например, подстепными пространствами Крымского полуострова. Однако, жизнь складчатого пояса на этом не кончается. В его истории может наступить новый этап, способный уничтожить результаты прошедших эпох или дополнить уже существующие горы новыми, как это произошло на Кавказе, где хребты, расположенные севернее Главного Кавказского хребта, относятся к более ранней эпохе.

Возможны и другие механизмы горообразования. Например, из-за гидратации, разбухания горных пород, Заалайский хребет со скоростью около 2 сантиметров в год наступает  на Алайскую долину, межгорную впадину, разделяющую Памир и Памироалай. По мере остывания Земли увеличивается толщина ее коры, а, следовательно, и объем горных пород. Земля как бы медленно разбухает, что естественно, приводит к геологическим катаклизмам. В некоторых местах континентальные плиты наезжают на океанические, в этих районах образуются глубоководные впадины и островные дуги. Так сформировался регион озера Байкал и Тихоокеанские впадины. Однако, нам для понимания сути дела достаточно рассматривать столкновения платформ. Еще раз подчеркнем, что реальные процессы в земной коре гораздо сложнее, а приведенная схема служит лишь грубой аналогией.

В пределах молодых платформ под воздействием все той же архимедовой  силы могут произойти сдвиги отдельных блоков (рис. 7), что тоже приводит к образованию гор. Так, например, возник район пика Победы на Центральном Тянь-Шане.

 

Рис. 7. Сдвиг блоков земной коры (образование гор) в пределах молодой платформы.

Для примера приведем таблицу гор складчатых областей.

Таблица 2

Горы складчатых областей

Эра	Эпоха складчатости	Основные формы рельефа	Тектоническое строение	Относительный возраст
Протерозойская	байкальская	Енисейский кряж  Восточный Саян  Яблоновый хребет	глыбовое, складчато-глыбовое	Возрожденные (в неоген-четвертичное время)
Палеозойская	каледонская	Западный Саян
	герцинская	Уральские горы   Алтай
Мезозойская	мезозойская	горы Бырранга   Сихотэ-Алинь   горы Северо-Восточной Сибири   Верхоянский хребет   хребет Черского   Колымское нагорье   Чукотское нагорье и др.
Кайнозойская	альпийская и тихоокеанская	Кавказские горы   горы о. Сахалин   горы Камчатки   (Срединный хребет)   горы Курильских о-вов	складчатое	Молодые (возникшие в неоген-четвертичное время)

 

Районы, где образование  гор идет в наше время, находятся, в основном, в пределах Тихоокеанского пояса (кольца) на побережье вокруг Тихого океана. Не завершилось горообразование и в пределах Средиземноморского или Альпийского складчатого пояса. Продолжают развиваться Кавказ, Памир и Гималаи. Свидетельства тому последние землетрясения на севере Италии, в районе Белграда.

5. Устройство земных плит.

 

От поверхности Земли  до ее центра приблизительно 6380 км. Это  расстояние в 600 с лишним раз больше, чем глубина самой глубокой океанской  впадины, высота самой высокой горы или толщина тропосферы. Получается, что та часть нашей планеты, с которой мы непосредственно соприкасаемся, ничтожно мала по сравнению с ее недоступными нам недрами. Человеческое любопытство, однако, невозможно ограничить рамками доступного. Исследуя внешние слои земной тверди, сотрясая Землю направленными взрывами и делая выводы на основе открытых законов природы, люди составили представление о внутреннем «устройстве» Земли.

Предполагается, что при  приближении к ее центру возрастают температура (она составляет в центре 5000-6000 °С, как на поверхности Солнца), плотность вещества и давление внешних слоев. При столь высокой температуре все известные вещества должны были бы расплавиться. Но плавлению препятствует невероятно высокое давление. Поэтому вероятно, что Земля в разрезе имеет следующую структуру¹⁶.

Сверху находится твердая  земная кора толщиной 3-5 км под океанами и до 80 км под материками. Различается  она не только толщиной, но также  составом и возрастом. Поэтому ученые выделяют два типа коры -океаническую и материковую. Ниже, до глубины около 2900 км, располагается мантия. Вещество этого слоя пребывает в не встречающемся на поверхности Земли состоянии. Оно не твердое и не жидкое, способно очень медленно перемешиваться под воздействием внутреннего жара, как манная каша на плите. В верхней части мантии лежит очень тонкий слой вещества скорее жидкого, чем твердого. Этот слой называется асте-носферой (ослабленной сферой). Под мантией скрывается земное ядро. Верхняя его часть, испытывающая несколько меньшее давление, находится в жидком состоянии, а нижняя - в твердом.

 

 

Рис. 8. Внутренне «устройство» земли.

 

Слои Земли различаются  по своим свойствам. Самая важная для нас верхняя часть Земли – литосфера отделена от нижней тонким слоем подплавленных горных пород – астеносферой, позволяющей литосфере скользить по поверхности Земли.

Астеносфера позволяет  лежащим над ней слоям скользить  по поверхности планеты, и верхние  слои ведут себя иначе, чем глубинные. Поэтому эти верхние слои, включающие земную кору и верхнюю часть мантии, получили особое название – литосфера (каменная оболочка)¹⁷.

 

 

Рис. 9. Карта  движения литосферных плит.

 

Карта движения литосферных  плит (стрелками показано направление  движения литосферных плит, желтым цветом – сейсмические зоны, треугольниками – вулканы). Литосфера расколота на несколько крупных плит, которые медленно движутся по поверхности Земли. В одних местах плиты упираются друг в друга, в других – подныривают одна под другую, в третьих – разъезжаются в разные стороны¹⁸.

Геологические исследования с помощью современных приборов доказали, что земная кора состоит примерно из 20 малых и больших плит или платформ, постоянно изменяющих свое местонахождение на планете.

Эти странствующие тектонические  плиты земной коры имеют толщину  от 60 до 100 км и, как льдины, то опускаясь.

Те места, где они  соприкасаются между собой (разломы, швы), и являются главными причинами  землетрясений: тут земная твердь почти  никогда не сохраняет спокойствие.

Однако края тектонических  плит не гладко отшлифованы. На них достаточно шероховатостей и царапин, есть острые грани и трещины, ребра и исполинские выступы, которые цепляются друг другом, как зубцы застежки- молнии. Когда плиты сдвигаются, то края их остаются на месте, потому что не могут изменить свое положение. Со временем это приводит к огромным напряжениям в земной коре. В какой-то момент края не могут противостоять растущему напору: выступающие, намертво сцепившиеся участки обламываются и как бы догоняют свою плиту.

Существуют 3 вида взаимодействия литосферных плит: они либо раздвигаются, либо сталкиваются, одна надвигается на другую или одна двигается вдоль другой. Движение это не постоянно, а прерывисто, то есть происходит эпизодически из-за их взаимного трения. Каждая внезапная подвижка, каждый рывок может ознаменоваться землятресением.

Ниже астеносферы, как  мы уже говорили, мантия находится  в постоянном, но очень медленном  движении. Часть мантии, нагретая в  земных глубинах до очень высокой  температуры, расширяется и стремится  наверх. А на ее место опускаются остывшие верхние слои. Эти перемещения увлекают за собой и литосферу, раскалывая ее на части и заставляя образовавшиеся плиты двигаться в разных направлениях по поверхности планеты. Они происходят крайне медленно, со скоростью несколько сантиметров в год. Но ученые научились замечать ничтожные изменения и по ним угадывать прошлое Земли и даже предсказывать ее будущее.

Еще в начале XX в. немецкий геофизик Альфред Вегенер, изучая карту  мира, заметил, что формы некоторых  материков напоминают части разобранной мозаики. Например, восточный выступ Южной Америки вставился бы в тот прогиб Африки, где сейчас находится Гвинейский залив. Так появилось предположение, что материки эти составляли некогда единое целое. А в настоящий момент Америка и Африка разъезжаются в стороны, увеличивая Атлантический океан¹⁹.

Однако земная кора не резиновая и не может растягиваться, заполняя собой океан. Восполнение  недостатка материала происходит посредине  Атлантического океана. Здесь вещество из земных глубин поднимается к поверхности, застывает и образует новую океаническую земную кору. Если в одних местах планеты земная кора образуется, то в других она должна исчезать. Иначе Земле пришлось бы непрерывно увеличиваться, чего не происходит.

 

Рис. 10 Строение вулкана

 

Там, где литосферные плиты упираются друг в друга, земная кора выдавливается вверх, образуя горы. Так возникли, например, Гималаи. Здесь Индо-Австралийская плита упирается в Евразийскую, и на границе полуострова Индостан появилась высочайшая горная система мира. Более того, Гималаи продолжают расти, так как движение литосферных плит пока не изменилось²⁰.

Сталкиваясь, плиты могут  вести себя и по-другому: одна плита  подныривает под другую. Тогда  вместо гор образуются глубокие разломы  земной поверхности. Это происходит у берегов Тихого океана, где расположен ряд глубочайших океанических впадин²¹.

Вырывающиеся из-под  земли газы создают канал – его называют жерлом вулкана – и выбрасывают куски пород высоко вверх. Падая на землю, эти камни насыпают аккуратную гору – конус вулкана.

 

6. Вулканы.

 

Как утверждают ученые, именно с помощью вулканов происходило  образование земной коры, воздуха  и воды. А значит, вулканы играли важнейшую роль в зарождении жизни  на Земле.

В настоящее время  большинством исследователей принята  развивавшаяся Г.С.Горшковым точка зрения о мантийном питании вулканов²². Этот вывод базируется, с одной стороны, на эффекте экранирования сейсмических волн магматическими очагами, а с другой на результатах петрохимических, петрологических, геохимических исследований и, в частности, на соотношении изотопов стронция и неодима в вулканических породах.

Вулканы, по образному  выражению знаменитого немецкого  естествоиспытателя Александра Гумбольдта "предохранительные клапаны Земли", являются поверхностным отражением глубинных процессов, происходивших и происходящих в мантии Земли. Поскольку прямое изучение глубоких горизонтов земной коры и верхней мантии сейчас и в ближайшем обозримом будущем невозможно, вулканы остаются пока одним из основных источников информации о глубинах Земли.

Эта информация собирается главным образом при анализе  вулканических пород, но она может  быть существенно дополнена за счет установления закономерностей пространственного  размещения вулканов.