Эволюция геотектонических гипотез

   2.3 Более детальная классификация

Разработана и более детальная классификация тектонических движений. Так, к складчатым внутрикоровым движениям относятся глыбовая складчатость, обусловленная относительными перемещениями блоков коры, складчатость нагнетания , проявлением которой является, например, соляной диапиризм, и др.

В составе колебательных общекоровых тектонических движений выделяют общие и волновые движения. Общие движения проявляются в виде одновременных воздыманий или опусканий крупных участков земной коры; волновые движения приводят, например, к формированию крупных поднятий и впадин на континентах. Разрывные внутрикоровые и общекоровые движения сопровождаются образованием сбросов, надвигов и т. д. различного порядка, т. е. затрагивающих часть разреза земной коры или кору в целом.

Характерной особенностью тектонических движений является их непрерывное и практически повсеместное проявление на протяжении всей геологической истории. Несомненные проявления тектонических движений довольно детально зафиксированы не только в течение длительных геологических эпох, но даже на таком сравнительно коротком отрезке времени, каким в геологическом масштабе является продолжительность человеческой цивилизации. Широко известны факты, связанные с опусканием побережья Северо-Западной Европы (Нидерланды, Бельгия, ФРГ), где возведена целая система дамб, предотвращающих затопление суши. Существуют многочисленные археологические свидетельства в виде уходящих в море дорог, затопленных развалин древних храмов, расположенных далеко на суше причалов древних портовых сооружений и т. д.

В самые последние годы ученые получили возможность регистрировать тектонические движения еще меньшей продолжительности, буквально за десятилетия. Конечно, амплитуды колебаний земной поверхности за такой короткий отрезок времени невелики и измеряются миллиметрами, но точность современных геодезических приборов позволяет их зафиксировать достаточно надежно. Движения земной коры, регистрируемые в настоящее время, называются современными.

Результаты таких измерений обобщены на карте скоростей современных вертикальных движений Восточной Европы, составленный коллективом ученых социалистических стран под руководством Ю. А. Мещерякова. На фрагменте этой карты (рис. 5) видно, что скорость современных тектонических движений достигает ± 10 мм/год и даже более. Наиболее контрастны современные движения в горных областях (Карпаты, Кавказ), где на небольших расстояниях зафиксированы даже движения разного знака. В равнинных областях современные однозначные движения обычно охватывают значительные территории, однако скорость их также может достигать 8—10 мм/год.

Воздымание разной интенсивности в мм/год 1 — 8-10; 2 — 6-8, 3 — 4-6; 4 —2-4; 5 — 0-2. Опускание различной интенсивности в мм/год. 6 — 2-0, 7 — 4-2, 8 — 6-4

Рис5. Фрагмент карты скоростей современных вертикальных движений земной коры Восточной Европы (под редакцией Ю. А. Мещерякова)

За более продолжительные отрезки геологического времени удается зафиксировать тектонические движения значительно большей амплитуды. И такие геологические свидетельства многочисленны. Более того, если за исторические отрезки времени могутбыть отмечены колебания амплитудой обычно не более 10—50 м, то геологические данные свидетельствуют о значительно более крупных масштабах изменения рельефа Земли.

Важные геологические свидетельства тектонических движений получены в результате геоморфологических исследований, основанных на геологическом анализе современного рельефа. Изучение роли экзогенных и эндогенных факторов в формировании рельефа позволяет выявить обширную категорию тектонических движений ближайшего геологического прошлого, называемых новейшими.[4]

3 Геотектонические гипотезы

Развитие геотектоники было всегда тесно связано с прогрессом всех наук о Земле: сначала геологии, а в последнее время геологии, геофизики и геохимии. Возникновение научной геологии следует отнести к XVIII в., когда стала развиваться горнодобывающая промышленность и появилась практическая необходимость понимать строение земной коры для поисковых и разведочных работ.

Попытки объяснить причины горообразовательных процессов, распределения суши и моря были предприняты еще выдающимися учеными древности Ксенофонтом, Геродотом, Аристотелем, который отмечал, что «море приходит туда, где была суша, суша вернется туда, где мы сегодня видим море». [4]

3.1 Гипотеза поднятия

В России первая научная геотектоническая гипотеза была предложена М. В. Ломоносовым (1711 —1765). Учение Ломоносова изложено в его сочинении «О слоях земных». Ломоносов пришел к заключению, что силы, изменяющие лик Земли, бывают внешние и внутренние. Внутреннее «действие» — это землетрясения. Последние приводят к поднятию и опусканию земной поверхности, к смещению берегов, к появлению и исчезновению гор.

Что касается причин землетрясений, то «сила, поднявшая такую тягость, ни чему... приписана быть не может, как господствующему жару в земной утробе».

А так Ломоносов рисует картину изменения залегания слоев под влиянием внутреннего огня: «и... избыточествующая горячая материя, произведши сильный обширный пламень, под самым тем местом терзает на себе лежащую плоскость и расселинами ищет пути на воздух. Потом, вышед на волю, отдаст разорванные заклепы собственной их тягости, которая раздробленных частей не может привести в прямое положение и порядок. Падают, как обрушенные кирпичные своды разными звенами одно на другое, краями, поперек, тычмя, ребром; и таковою обрушиною много больше места занимают, оставив частьми пустые промежки: от того подымаются горы выше протчей земной поверхности».

Но помимо таких быстрых, катастрофических движений Ломоносов говорил и о медленных, незаметных движениях поверхности, называя их «нечувствительным и долговременным земной поверхности понижением и повышением».

Упоминание о «нечувствительных» движениях означает, что Ломо- ' носов впервые, хотя и в не очень явной форме, выдвинул эволюционное представление о развитии Земли. Этим самым он начал порывать с широко распространенными в то время идеями сторонников «всемирных катастроф». Эти идеи являлись попыткой примирить, с одной стороны, наличие следов многократных перемен на поверхности земли, а с другой — ту краткость жизни земного шара, которая утверждалась библейским учением. Церковная легенда отводила на все время существования Земли 6 тыс. лет. Знаменитый французский естествоиспытатель Бюффон в середине XVIII в., вызвав бурные нападки на себя церковников, «осмелился» расширить продолжительность существования Земли до 75 тыс. лет. Дальше в то время идти не решались. В пределах столь малого отрезка времени надо было разместить всю последовательность геологических событий, запечатлевшихся в строении горных пород. Тут нельзя было обойтись без грандиозных катастроф, вызывавшихся действием необычных, сверхъестественных сил, которые время от времени проявляли себя на поверхности планеты. Ломоносов первый говорил о медленности хотя бы некоторых геологических процессов. Данная гипотеза занимала ведущее положение до середины XIX века. На смену ей пришла гипотеза контракции.[5]

3.2 Гипотеза контракции

Второй этап в развитии геотектонических гипотез начался во второй половине XIX в. В 1830—1852 гг. французским ученым Эли де Бомоном была выдвинута гипотеза контракции, которая развивалась Э. Зюссом, Э. Огом, Г. Штилле и другими учеными. Эти идеи разделяли А. П. Карпинский, В. А. Обручев, И. В. Мушкетов.

В это время господствовала космогоническая гипотеза Канта и Лапласа об образовании планет путем сгущения (сжатия) вещества, первоначально находившегося в рассеянном состоянии. В полном соответствии с этими представлениями в геологии почти всеобщим признанием пользовалась контракционная гипотеза (contractio- стяжение). [6]

Согласно гипотезе земная кора приспосабливается к сокращающимся в объеме, охлаждающимся внутренним частям Земли в связи с тем, что Земля теряет свою теплоту в космическое пространство. При этом в земной коре развиваются напряжения тангенциального сжатия, смятие пород в складки и образуются разрывы. Происходит также обрушение, по системам сбросов, больших блоков земной коры, которая таким образом приспосабливается к уменьшающемуся объему планеты. Э. Зюсс (1831 —1914) говорил: «Мы присутствуем при всеобщем обрушении земной коры», подразумевая под этим новообразование океанических впадин, широко развивающихся в последних геологических периодах — плиоцене и четвертичном. Наряду с этим Зюсс установил, что горные цепи образовались путем сокращения земной коры. Он описал в их строении многочисленные признаки тангенциального сжатия.

Открытие во второй половине XIX в. геосинклинальных поясов, в глубоких впадинах которых накапливались мощные толщи осадков, противостоящих жестким платформам, сложенным в своем основании кристаллическими породами, казалось, хорошо объясняло механизм деформации в геосинклиналях и рост гор. Считалось, что массивы платформ действуют как щеки тисков, между которыми сминаются в складки и нарушаются разрывами мягкие (малоконсолидированные), мощные геосинклинальные толщи. При этом вырастают складчатые или (если породы сравнительно жестки и нарушаются разрывами) глыбовоскладчатые горы.

Именно эти представления в настоящее время не могут быть приняты, но многие другие положения контракционной гипотезы сохраняют свою силу и поныне.

Контракционная гипотеза сыграла очень большую роль в развитии наиболее фундаментальных геологических представлений, направляя внимание исследователей на изучение огромного количества тектонических структур, образование которых вызвано тангенциальными сжимающими силами. Поэтому не было случайностью, что в наше время (признанного крушения классической контракционной гипотезы) один из крупнейших тектонистов — Н. С. Шатский (1895— 1960) не раз подчеркнуто называл себя контракционистом. Очевидно, что он не имел в виду возможность возрождения контракционной гипотезы, в полном объеме понятий, которые вкладывались в нее в конце XIX в. Но Н. С. Шатский считал обязательным указать, что, отвергая гипотезу как универсальную, нельзя забывать прочно установленных фактов широкого распространения тектонических структур, сформированных первичным, тангенциальным сжатием.

Физико-химические и геологические основы контракционной гипотезы в настоящее время уже не являются достаточными, а частью даже ошибочны.

Охлаждение первоначального раскаленного газово-жидкого тела Земли и сокращение в связи с этим его объема не может быть главной причиной тектонических процессов. Известно также, что многие современные космогонические гипотезы предполагают происхождение Земли из скоплений холодной, твердой космической пыли и метеоритов. Дальнейшее развитие вещества Земли представляет результат очень разнообразных физико-химических процессов. Происходит дифференциация вещества, постепенный подъем вверх легких атомов — Н, Не, О, Si, AI и др. Тяжелые атомы — Mg, Fe, Ni и другие перемещаются во внутренние части земного шара.

В самой верхней твердой оболочке — земной коре — накапливаются породы, богатые Si и Аl, — граниты и менее богатые Si и Аl, — базальты. В породах нижележащей верхней мантии, по-видимому, значительно меньше Н, О, Si, Аl и больше Mg, Fe, и они представлены перидотитами. Не известно, из какого вещества состоят нижние части мантии и ядро Земли. Многие полагают, что здесь преобладают тяжелые металлы Fe, Ni, и это находит подтверждение в составе железных метеоритов. Другие исследователи считают, что во внутренних частях Земли, при огромных давлениях, происходит «раздавливание» электронных оболочек атомов и вещество приобретает высокую плотность, сравнимую с плотностью металлов. Но само вещество содержит, кроме тяжелых элементов, также легкие элементы.

Процессы дифференциации сопровождаются выделением значительного количества тепла. Тепловая и другие формы, высвобождающиеся при дифференциации энергии могут быть одной из причин тектонических процессов. Другим источником энергии являются процессы радиоактивного распада К, U, Th и других элементов.

Кроме энергии, выделяющейся внутри планеты, значение имеет энергия, получаемая Землей из космического пространства. Эти явления мало изучены. Геолог Дж. Умбгров отметил возможную связь горообразовательных процессов с изменениями космического гравитационного поля. Он указал на периодичность больших орогенезов, повторяющихся через 200 млн. лет, что соответствует времени одного оборота нашей Галактики. Другие геологи обращают внимание на большие количества энергии, которые получает Земля от Солнца. Эта энергия захватывается (аккумулируется) минералами, образующимися при экзогенных процессах, например глинами, а за тем выделяется при метаморфизме экзогенных пород.