Эволюция геотектонических гипотез

Геологи, придающие большое значение явлениям гравитационного сползания пород в верхних горизонтах земной коры, при образовании высоких поднятий и глубоких впадин предлагают отказаться от представлений о существовании в земной коре первичных тектонических сил тангенциального сжатия и растяжения.

Хаарман (1930) разработал гипотезу преобладающего значения в земной коре радиальных, вертикально направленных первичных тектонических сил. В своей гипотезе Хаарман видоизменил старую гипотезу Рейера (Е. Beyer, 1888). Скольжение вниз, с поднятий, под действием силы тяжести, считалось Рейером главной причиной тектонических дислокаций.

Хаарман указывал, что сторонники контракционной гипотезы неправильно рассматривают поднятия как результат сжатия земной коры. Они не могут объяснить существование встречающихся в близком соседстве комплексов структур сжатия и растяжения. Первоначальной причиной тектонических дислокаций Хаарман считает скопления подкоровой пластической массы вещества, которые вызывают вспучивание (поднятие) земной коры (геотуморы). В областях оттока подкорового вещества образуются опускания земной коры — геодепрессии. Эти движения земной коры представляют первичный тектогенез. Гипотеза Хаармана была названа осцилляционной, т. е. гипотезой колебаний земной коры.

Вторичный тектогенез, по Хаарману, заключается в том, что осадочные толщи соскальзывают под действием силы тяжести с геотуморов в геодепрессии. Происходит смятие слоистых горных пород в складки с образованием разрывов там, где складкообразование оказывается особенно напряженным. В тыльных частях, т. е. позади соскальзывающего покрова осадочных пород, в коре образуются трещины растяжения, по которым поднимаются вверх магматические массы.

В настоящее время сторонниками радиального тектогенеза являются голландский геолог Р. В. Ван Бемеллен, советский геолог В. В. Белоусов и Ж. Гогель во Франции.

Наиболее полно гипотеза поднятий (туморов) и гравитационных шарьяжей и складчатости разработана Ван Бемелленом сперва для Индонезии, а затем на примере Альп (1960, 1965). Бемеллен предлагает различать геотектонические уровни в разрезе земной коры и мантии. По его мнению, геотектонические процессы нельзя понять ни с точки зрения обычного мобилизма (т. е. относительных перемещений материковых массивов), ни с точки зрения фиксизма (под фиксизмом подразумевают представления о фиксированном, неизменном расположении материков и океанов). В действительности, считает Бемеллен, большие движения в земной коре и в мантии имеют характер относительных движений.

Так, например, по Бемеллену, в земной коре можно предполагать существование двух типов горизонтальных (боковых) смещений: 1) активное, гравитационное скольжение масс горных пород, вызванное их собственной потенциальной энергией, и 2) пассивное волочение их, вызванное тем, что горные породы, залегающие ниже, испытывают реоморфическое 1 размягчение и движутся в стороны быстрее, чем вышележащие массы горных пород.

Первый тип движений вызывается образованием огромных пологих вздутий в земной коре, возможно в связи с увеличением объема вещества мантии. Существование таких вздутий, нарушающих форму геоида, доказано наблюдениями над движением искусственных спутников Земли. Второй тип движений (т. е. пассивное волочение пород) был предположен в форме гипотезы астенолитов. Астенолитами называют накопление на глубоких горизонтах больших масс вещества, сравнительно богатого кремнеземом и алюминием (т. е. гранитоидного состава). Астенолиты, будучи легче, чем окружающие породы, разрастаясь, нарушают гидростатическое равновесие и выжимаются кверху, приподнимая верхние части земной коры.

Рисунок 9

Бемеллен считает, что и в более глубоких горизонтах мантии Земли происходят движения, вызывающие нарушения равновесия и тектонические процессы в земной коре и в верхней мантии. В частности, он считает, что в слое D мантии имеют место энергичные перемещения (потоки) вещества, вызванные взаимодействием слоя D мантии с оболочкой внешнего ядра Земли. Эти два слоя, по Бемеллену, образуют «тектонический двигатель» Земли.

В. В. Белоусов в своей гипотезе рассматривает складчатость в земной коре как прямую или косвенную реакцию слоистых толщ земной коры на дифференциальные вертикальные движения различных ее частей (1964). В соответствии с представлениями Белоусова (1966) самым общим процессом, определяющим развитие тектоносферы  является дифференциация вещества верхней мантии, проявляющаяся его частичным плавлением. Оно осуществляется в сейсмическом волноводе, или астеносфере (слое Гутенберга). Частичное плавление приводит к накоплению капель жидкого базальта. В связи с этим плотность вещества волновода меньше плотности вышележащего слоя мантии. Происходит объединение базальтовых капель в крупные массы — астенолиты, которые, будучи легче окружающего вещества волновода, поднимаются вверх, и это ведет к формированию выступов на верхней поверхности волновода. Астенолитовые массы, используя разломные зоны в верхнем слое мантии и земной коры, поднимаются вверх, частью прорываются на поверхность, однако главные массы астенолитов останавливаются вблизи подошвы земной коры. Остывающие астенолиты являются важными источниками тепла, поток которого вызывает дегранитизацию в нижней части земной коры.

Под действием теплового потока, выделяемого астенолитами, происходит дифференциация вещества, составляющего земную кору. Из пород нижних горизонтов выносятся кремнезем, щелочные металлы и вода, в результате вещество нижних горизонтов земной корм превращается в породы гранулитовой фации. Вынос воды из пород гранулитовой фации виден из следующих средних данных: осадочные диагенезированные породы содержат 2—3% воды по весу (Ф. Пот тиджон, 1949), породы фации зеленых сланцев — до 4%, породы амфиболитовой фации — 1—2%, породы гранулитовой фации около 0,35% воды. Процесс выноса кремнезема, щелочных металлов и воды из нижних горизонтов земной коры К. Менерт (1963) называет дегранитизацией.

Остаточные от дегранитизации породы именуются кинцигитами, к которым относятся породы гранулитовой фации метаморфизма, в том числе чарнокиты и анортозиты. Последние тесно ассоциируются с кордиеритовыми и пироксеновыми гнейсами с основными плагиоклазами, но отличаются своей массивной текстурой и формами залегания. Вероятно, чарнокиты и анортозиты имеют магматическое про похождение, являясь продуктами местного расплавления метаморфических пород гранулитовой фации.

В верхней части земной коры, на глубинах от 5 до 20 км, среди метаморфических пород амфиболовой фации восходящие, так называемые сквозьмагматические растворы, несущие воду, кремнезем и щелочные металлы, создают наиболее благоприятные условия для образования гранитов путем палингенеза и анатексиса. В более глубоких частях земной коры, ниже 20 км, как считает Белоусов, гранитные массивы должны вырождаться, поскольку еще ниже находится зона дегранитизации.

В механизме вертикальных тектонических движений, по Белоусову, существенную роль должны играть также тяжелые осадочные антиастенолиты, образующиеся в волноводе под всплывающими легкими астенолитами. Антиастенолиты тонут, вызывая обращение волны на поверхности волновода, что в свою очередь приводит к смене знака радиальных тектонических движений.

При повторении геосинклинальных циклов строение земной коры меняется в сторону увеличения мощности базальтового, в том числе составленного породами гранулитовой фации, слоя. В это же время эволюция вещества волновода, связанная с прогрессирующей потерей легкого материала, приводит к общей тектонической эволюции тектоносферы в данной области. Так как в процессе эволюции коры от геосинклинали к молодой платформе легкое вещество, образующее базальтовые астенолиты, оказывается израсходованным, термальный поток из мантии сокращается и температуры в коре понижаются, приближаясь к обычным платформенным температурам.

Как видно, для образования первичных боковых (тангенциальных) тектонических сил в гипотезах Хаармана, Бемеллена и Белоусова места нет. Боковые тектонические движения происходят как вторичный результат поднятий и опусканий земной коры.

Для того чтобы объяснить образование складчатости и больших шарьяжей, геологи, не признающие существования первичных тангенциальных тектонических сил, обычно прибегают к предположению о гравитационном соскальзывании чехла слоистых горных пород с поднятий в сторону депрессий. Бемеллен, развивая эту гипотезу, считает, что не только слоистые породы чехла, но и какая-то часть кристаллических и метаморфических пород, составляющих фундамент горных поднятий, также может вовлекаться в гравитационное скольжение и смятие. Сторонником гравитационного происхождения Альпийских шарьяжей является Ж. Гогель (1964). Ново многих случаях можно показать непригодность гипотез гравитационного происхождения складчатости и больших шарьяжей. Тектонический план развития складок и шарьяжей тесно связан с большими осевыми разломами, которые Ампферер и другие геологи называют рубцами, являющимися зонами поддвигания и всасывания фундамента складчатых и шарьяжных структур. Только гипотезы первичного происхождения тангенциальных тектонических сил в состоянии объяснить эту правильность плана складок, разрывов и шарьяжей.

Кроме того, было установлено погружение вниз, в сторону осевых разломов, поверхностей больших шарьяжей. Тем самым была доказана независимость их от явлений гравитационного скольжения.

Наконец, самым важным фактом, противоречащим гипотезам вторичного происхождения складчатости, является доказанное во всем мире ранее образование главных складчатых деформаций, развивающихся задолго до главных вертикальных поднятий земной коры.

Хотя таким образом гипотезы радиального тектогенеза оказались неспособными объяснить многие важные особенности строения складчатых подвижных поясов, они оказали большое влияние на геологическое мышление, потому что обратили внимание на реально существующие в земной коре явления первичных вертикально направленных движений земной коры. Тектонические деформации, вызванные радиальными силами, широко проявляются на платформах, в океанических впадинах и при горообразовании в различных подвижных поясах земной коры.

Некоторые типы радиальных движений коры вызываются также явлениями изостатического выравнивания.

3.5 Гипотезы изостазии

Известно, что вещество, составляющее земной шар, в целом находится в состоянии гидростатического равновесия, чем и определяется форма Земли, образующей, в грубом приближении, эллипсоид вращения.

Теми же законами равновесия управляются взаимоотношения между оболочками, из которых составлена Земля. Части (блоки) земной коры взаимодействуют с веществом мантии так, как если бы эти блоки плавали в нем в соответствии с законом Архимеда. Это равновесие, в котором находится земная кора, называется изо- статическим. Реальное существование его было доказано измерениями силы тяжести на земной поверхности. Выяснилось, что ускорение силы тяжести почти на всех блоках земной коры чрезвычайно близко к теоретическому, рассчитанному, несмотря на то что измерения производились в самых различных местах, на материках, и над глубокими океаническими впадинами, и на высочайших горных массивах.

Первоначально было предложено две гипотезы, объясняющие механизм изостатического равновесия земной коры. Эти Эри (1855) считал, что для поддержания в равновесии больших горных массивов, составленных относительно легким, гранитным и базальтовым веществом плотностью 2,6—3,1, необходимо утолщение земной коры под горами. За счет таких корней гор из-под высоких гор вытесняется тяжелое вещество мантии плотностью около 3,6 и устанавливается равновесие. Позднее выяснилось, что в океанах, где земная кора сложена породами плотностью около 3,1 и образует глубокие впадины, Иначе представлял себе причины равновесия земной коры Пратт (1855). Он считал, что высокие блоки коры сложены относительно легким веществом, тогда как блоки, занимающие низкое положение, сложены тяжелыми породами. Эти различия в плотности достаточно велики, чтобы обеспечить равную глубину нижней поверхности земной коры.

Рисунок 10 – Гипотезы изостазии

Этим самым Пратт вводил понятие о непрерывном слое (астеносфере), залегающем на некоторой глубине от поверхности геоида. Вещество астеносферы подвержено одинаковому давлению, поскольку вышерасположенные блоки земной коры, хотя и имеют различную высоту, обладают одинаковым весом в каждой колонне, площадь основания которой равна единице.

Ограничение земной коры поверхностью, имеющей более или менее постоянную глубину залегания от уровня моря, не подтвердилось современным глубинным сейсмозондированием. Корни под горами, предполагавшиеся Эри, действительно были обнаружены.