Эволюция геотектонических гипотез

Оценка количеств энергии, участвующих в сложных процессах развития Земли, в том числе в тектонических движениях земной коры, чрезвычайно трудная задача. Мы находимся в самом начале исследований энергетического баланса нашей планеты и можем в настоящее время утверждать только одно: потеря Землей теплоты вместе с Н, Не и другими летучими газами в космическое пространство  является не главной, а всего лишь одной из причин тектонических процессов.

Серьезным ударом, который был нанесен контракционной гипотезе самими геологами, явилось открытие большой независимости складкообразования от горообразования. Геологи, изучавшие Альпы, выяснили, что наиболее интенсивные фазы образования складчатости н шарьяжей произошли задолго до главных горообразовательных движений, поднявших современные горные хребты Альп. [7]

Рисунок 6 - Схема образования горных цепей

Таким образом, было доказано самостоятельное значение также первичных вертикально направленных (радиальных) тектонических сил. 

Многие геологи и геофизики стали считать, что вообще первичными являются радиальные силы, а тангенциальные, тектонические силы образуются только как производные, вторичные. Тангенциальные напряжения возникают якобы только как результат разложения радиальных сил или в связи со скольжением горных масс вниз, под действием гравитационных сил, с высоких поднятий, образованных первичными радиальными силами.

Новые данные о земной коре также оказались в противоречии с простым способом деформации коры, предполагаемым контракционной гипотезой. Кора океанических впадин в семь раз тоньше коры материковых платформ. Поэтому, если бы всеобщий механизм деформации, предусматриваемый контракционной гипотезой, действительно существовал, тонкая океаническая кора должна была бы сминаться с большой легкостью. Между тем исследованиями с применением глубинного сейсмозондирования, например на обширных пространствах впадин Атлантического океана (М. Юинг, Дж. Юинг, Дж. Ворзел и др., 1966), установлено, что в течение последних 100 млн. лет во многих современных глубоких океанических впадинах не происходило существенных деформаций морского дна. Характерные отражающие горизонты среднеэоценового и мелового возраста прослеживаются на огромных пространствах океанических впадин и не подверглись смятию.

Следовательно, океанические плиты, так же как и континентальные платформы, устойчивы не потому, что они противостоят тангенциальному сжатию.

Такое предположение в свете современных данных нелепо, поскольку океаническая кора имеет малую мощность. Главная причина устойчивости континентальных платформ и океанических плит заключается в том, что кора в этих областях покоится на пассивных в данное время участках мантии, там, где не происходит бурных процессов развития вещества.

Контракционная гипотеза не может объяснить одновременное распространение в земной коре явлений тангенциального сжатия и тангенциального растяжения.

Некоторые типы впадин в земной коре образуются в связи с действием тектонических сил, направленных по радиусам Земли, сверху вниз. С другой стороны, определенная компонента горных поднятий вызвана действием сил, направленных по радиусам Земли, снизу вверх. Таким образом, кроме тектонических сил тангенциального сжатия и растяжения, в земной коре проявляются радиальные тектонические силы, положительные (направленные снизу вверх) и отрицательные (направленные сверху вниз). Многие геофизики предполагают, что образование радиальных тектонических сил в земной коре связано с тем, что вещество нижележащей мантии в некоторых участках уменьшается или увеличивается в плотности (т. е. увеличивается или уменьшается в объеме).

Старая контракционная гипотеза не могла объяснить существования таких различных тектонических сил в земной коре. Поэтому в начале XX в. наблюдается появление огромного числа гипотез, предложенных, чтобы заменить контракционную гипотезу. Многие из этих гипотез очень остроумно объясняют образование отдельных типов тектонических структур, но они оказались неудовлетворительными в других случаях.

Общий недостаток большинства новых гипотез заключается в том, что, хотя содержащаяся в них критика слабых сторон контракционной гипотезы справедлива, нельзя было забывать огромный и неоспоримый материал о существовании тектонических структур, образованных тангенциальным сжатием в геосинклинальных поясах. Поэтому все геотектонические гипотезы, которые не считаются с широчайшим распространением структур, вызванных тангенциальным сжатием в складчатых поясах, объясняют только ограниченный, частный круг явлений. Они совершенно не пригодны в качестве универсальных гипотез.

Большое разнообразие и независимое проявление первичных тектонических сил в земной коре, изученных к настоящему времени, указывает на то, что вряд ли правильно искать единственную (универсальную) причину тектонических деформаций земной коры. Вещество нашей планеты развивается разнообразными путями, и это развитие управляется многими природными законами.

3.3 Гипотезы всасывания и конвекционных потоков

Существует несколько групп геотектонических гипотез, претендующих на замену контракционной гипотезы: гипотезы всасывания (и конвекционных потоков), гипотезы радиальной тектоники (и гравитационных скольжений), гипотезы изостазии и др.

Основоположник гипотез всасывания — австрийский геолог О. Ампферер (1906, 1911). Детальные геологические исследования в Альпах убедили этого исследователя в существовании затягивания (всасывания) пород кристаллического основания Альп внутрь по так называемым рубцам (Narbe), которые есть не что иное, как глубинные разломы, протягивающиеся вдоль осей складчатых сооружений.

Рисунок 7

Всасывание осуществляется параллельно с поддвиганием пород, образующих фундамент осадочных толщ; поддвигание направлено в сторону крутозалегающей тектонической зоны глубинного разлома.

Причиной подобного механизма Ампферер, Швиннер, Штауб и Краус (1933, 1963) считали действие подкоровых конвекционных потоков. При этом породы геосинклинального, осадочного чехла собираются в сложные складки и смещаются вдоль пологих поверхностей — шарьяжей.

             Рисунок 8

Примеры реального существования процесса поддвигания пород фундамента геосинклинальных сооружений, сопровождаемого небольшим всасыванием вышележащих толщ, многочисленны.

Объяснение механизма поддвигания и всасывания представляет большие трудности. Считают, что в нижних слоях земной коры и в мантии существуют тепловые конвекционные потоки, которые вызывают движение вещества. Особенно активизировались сторонники существования конвекционных потоков после открытия огромных тепловых потоков вдоль подводных хребтов в океанах. Буллард, Герцен и некоторые другие исследователи установили, что вместо обычного теплового потока, имеющего интенсивность под океаническими плитами в среднем 1 микрокалорию в сек/см2, в срединных океанических хребтах тепловой поток имеет величину около 3—5 микрокалорий в сек/см2. Отсюда был сделан вывод, что под срединными хребтами в океанах, равно как и в рифтовых поясах на континентах, происходит подъем конвекционного теплового потока, тогда как под хребтами складчатых поясов континентов происходит опускание конвекционного потока вниз.

Гипотеза конвекционных потоков в таком варианте особенно заманчива тем, что она пытается объяснить действительно существующие коренные различия в тектонической обстановке в складчатых и в рифтовых поясах. В складчатых поясах существование складок и шарьяжей указывает на боковое сокращение, т.е. на тангенциальное сжатие, тогда как в рифтовых поясах нет складок и шарьяжей. В них развиты рифтовые долины и глыбовые структуры, указывающие на расширение земной коры.

Но существование именно таких конвекционных потоков очень сомнительно. Гипотеза конвекционных потоков находится в плохом согласии со многими известными нам особенностями строения земной коры и мантии Земли. Расчеты Е. Н. Люстиха (1952, 1966) показали несоответствие физических свойств вещества мантии с таким вариантом гипотезы о конвекционных потоках. Еще хуже обстоит дело с объяснением некоторых важных геологических фактов. Оказывается, что в периоды максимумов регионального метаморфизма и формирования гранитов, которые совпадают с наиболее интенсивным сжатием и всасыванием, тепловые потоки в складчатых поясах, по всей видимости, далеко превосходят величину современных тепловых потоков под срединными океаническими хребтами и континентальными рифтовыми поясами. Поэтому, внешне как будто привлекательная, гипотеза о конвекционных потоках в таком виде оказывается непригодной, хотя отрицать существование конвекционных явлении в Земле нельзя.

Гипотеза тангенциального сжатия в связи с поддвиганием земной коры и всасыванием в зоны осевых глубинных разломов удовлетворительно объясняет многие главные особенности развития и образование тектонических структур только в осевых зонах складчатых поясов. Однако она не может объяснить такие явления, как рост гор (горообразование) или образование предгорных и межгорных впадин.

Движения, сопровождающие всасывание, формируют геосинклинальную (линейную) складчатость и шарьяжи. Явления всасывания при горообразовании играют сравнительно подчиненную роль, а рост гор вызван не столько всасыванием, сколько процессами наращивания сравнительно легких корней и изостатического поднятия, связанного с образованием корней. Независимость этого явления от всасывания доказывается интересным фактом. Горообразование развивается в одни и те же геологические века как в складчатых, так и в рифтовых поясах, где всасывание неизвестно.

Образование предгорных впадин также трудно объяснить обычным механизмом всасывания. Во многих предгорных впадинах на внешней их стороне, обращенной к континентальной платформе или к океанической плите, развиваются характерные системы нормальных сбросов, что указывает на явления растяжения во внешних частях предгорных впадин.

Образование первоначальных геосинклинальных прогибов, из которых впоследствии вырастут складчатые пояса, также не может быть объяснено гипотезой бокового сокращения. В первоначальных геосинклинальных впадинах, как установлено В. Бухером, Р. Штаубом и Р. Трюмпи, развиваются системы нормальных сбросов. Очевидно, что всасывание и поддвигание земной коры в сторону осевых глубинных разломов на этом этапе геологической истории геосинклинальных областей еще не проявляются. Отсюда мы должны сделать вывод, что гипотеза бокового сокращения в связи с поддви ганием земной коры и всасыванием тоже не может быть универсальной.

Образование рифтовых поясов связано с боковым растяжением. Боковое растяжение устанавливается также на определенных этапах в складчатых поясах. В. А. Обручев, В. Бухер и М. А. Усов были крупнейшими геологами нашего времени, различавшими широкое развитие в земной коре как тектонических сил бокового сжатия, так и тектонических сил бокового растяжения. Они даже пытались объединить известные им факты в гипотезе пульсационного развития тектонических сил. Предполагалось, что эпохи сжатия на Земле сменялись эпохами растяжения. Однако в таком универсальном виде гипотеза не может быть принята, потому что в ней слишком упрощается действительная тектоническая картина деформаций земной коры. Не существует универсальных эпох сжатия и эпох растяжения. Мы уже видели, что в современную эпоху в складчатых поясах преобладают явления сжатия. В эту же эпоху существуют рифтовые пояса, где преобладают явления растяжения.

Также нельзя предполагать прямой связи между сжатием в одних тектонических зонах с растяжением в других, как это иногда допускают геологи со времен А. Вегенера и Дж. Джоли. Эти ученые предполагали, что блоки земной коры испытывают относительное перемещение по нижележащим горизонтальным поверхностям скалывания, что вызывает сжатие на одной стороне блоков и растяжение на другой стороне. Е. Н. Люстих (1962) показал невероятность таких явлений в земной коре.

Различные условия сжатия и растяжения в тектонических поясах подчиняются не изученным пока процессам, происходящим в глубинных тектонических зонах разных типов. Будущие геологи и геофизики займутся этими проблемами, сейчас же важны твердо установленные факты о том, что в земной коре в разных поясах проявляются тектонические силы сжатия и растяжения, создающие существенно различные комплексы тектонических структур.

 3.4 Гипотезы радиальной тектоники и гравитационных скольжений