Геотектоника

В 1912 году метеоролог А. Вегенер на собрании Немецкого геологического общества сделал доклад, в котором доказывал, что движение земной коры не сводится к вертикальным смещениям и местным сжатиям, поднимающим горы. Нет, считал Вегенер, на протяжении истории Земли континенты перемещались по всей ее поверхности, дробились на фрагменты и объединялись вновь… Немецкие геологи, убежденные в том, что самым существенным изменением нашей планеты со времени ее образования было небольшое уменьшение размеров (контракция), обусловленное остыванием Земли и сопровождавшееся «сморщивани­ем» земной коры, подвергли доклад жесткой критике. Ответом на нее стала книга «Про­ис­хож­де­ние континентов и океанов», вышедшая в 1915 году и содержавшая целый комплекс геодезических, геологических и биологических аргументов в пользу концепции мобилизма (по­движ­но­сти материков). Так, Вегенер обращал внимание на то, что точные геодезические измерения свидетельствовали об изменении географических координат Гренландии, Европы, Мадагаскара и в современную эпоху. Он указывал на сходство, если не совпадение, геологического строения Африки и Южной Америки, а также на общность ископаемой фауны (жи­вот­ного мира) этих ныне разделенных материков. Вегенер показал, что палеонтологические данные свидетельствуют о значительном отличии климата прошедших геологических эпох от современного. Например, в южной Индии были обнаружены следы оледенения возрастом около 250 миллионов лет. Он объяснил это тем, что, дрейфуя по поверхности Земли, материки проходили разные климатические пояса.

Уточненная концепция Вегенера была встречена геологами благожелательно. Однако она имела большой недостаток по сравнению, например, с дарвиновской теорией: она не предлагала реального механизма, который обеспечивал бы столь интенсивную эволюцию облика планеты. Поэтому, начиная с 20-х годов, она постепенно отодвинулась на задний план и стала считаться скорее романтической фантазией, чем серьезной научной гипотезой.

Начиная с 60-х годов, концепция мобилизма переживает свое второе рождение. Были, наконец, получены прямые доказательства того, что материки движутся, и весьма быстро. Точные измерения, в том числе выполненные со специально запущенного спутника LAGEOS, показали, что Австралия удаляется от Антарктиды на 7 сантиметров в год, Южная Америка от Африки — на 4, Северная Америка от Европы — на 2. Эти цифры кажутся ничтожно малыми, но, будучи умножены на миллиарды лет геологической истории, они превращаются в десятки тысяч километров и становятся сравнимыми с окружностью Земли.

Но самое главное заключается даже не в установленном факте движения материков, а в том, что был, в общих чертах, найден геотектонический механизм, обеспечивающий их подвижность. За счет работы этого механизма Земля представляет собой сложную динамическую (то есть существующую в движении) структуру, возникшую и развивавшуюся естественным путем — еще один пример широкомасштабного эволюционного процесса.

В основе работы геотектонического механизма лежит продолжающийся процесс дифференциации вещества Земли. На границе между мантией и ядром за счет высокой температуры происходят химические процессы, похожие на те, что человек использует в металлургических печах: из соединений железа восстанавливается чистое железо. Тяжелое железо тонет, а более легкий «шлак», образующийся в тех же реакциях, всплывает вверх, к земной коре. Возникает конвекция (п. 4.8.1.1). При этом восходящие потоки более легкого и нагретого вещества должны компенсироваться нисходящими потоками более тяжелого и холодного, которое заполняет освобождающееся внизу место.

Восходящие и нисходящие потоки в мантии пространственно разделены. Поэтому у верхней ее границы, под земной корой, возникают горизонтальные потоки, направленные от точек выхода восходящих движений к зонам опускания вещества. Вот на этих-то горизонтальных потоках скользят плиты, на которых расположены материки Земли, подобно льдинкам, увлекаемым течением реки.

Всю мантию можно представлять себе как систему конвективных ячеек (п. 4.8.1.1), в каждой из которых вдоль одной стенки вещество поднимается из недр и течет вдоль поверхности к другой стенке. Там оно опускается вниз и вновь возвращается к первой стенке. Таким образом, движение вещества в земных недрах упорядочено в пространстве, и упорядоченность эта возникла естественным путем.

Как показывают уравнения физики, размеры конвективных ячеек должны быть сравнимы с толщиной мантии. Но отсюда вытекает, что существовали они не всегда, ибо расслоение Земли на ядро, мантию и т.д. заняло какое-то время после формирования нашей планеты. По расчетам геофизиков, интенсивность конвективных потоков в мантии стала достаточно интенсивной, чтобы разломать первичную земную кору на отдельные плиты, когда Земле исполнился почти миллиард лет. И последующая геологическая история Земли отражает конвективные движения в мантии, которые, как выясняется, обладают достаточно строгой периодичностью. Вновь мы сталкиваемся с самопроизвольным, естественным возникновением упорядоченности из первоначально однородного неупорядоченного состояния!

Итак, земная твердь оказалась вовсе не твердью, а скорее льдинкой, которая носится по воле волн, тает с одного края и растет с другого, — в общем, чем-то подвижным и изменчивым.

Поиск по сайту: