Геологи изучают планеты

Тихоокеанскую впадину обрамляет одноименный тектонический пояс. Особенностью пояса является структурная связь его крупных элементов друг с другом. Получается тектоническое кольцо, смыкающее Азию и Северную Америку с одной стороны и Австралию, Антарктиду и Южную Америку — с другой.

Интересно, что многие континентальные окраины Тихоокеанской области уже были приокеаническими зонами, по крайней мере, миллиард лет тому назад. Это относится к кордильерам Северной Америки, Восточной Австралии, Юго-Восточного Китая. Сихотэ-Алинь был зоной островных дуг и краевых морей в среднем палеозое. Что касается Анд Южной Америки, то тут приокеаническая зона выявляется для мезозоя. Любопытен и другой факт. Оказывается, что в геосинклинально-складчатых областях Тихоокеанского пояса происходит омоложение времени тектогенеза от внутренних его частей к краю океана.

Все это вместе создает впечатление об устойчивости во времени и в пространстве Тихоокеанского подвижного пояса. Но вопрос оказывается более сложным. На периферии огромной океанической впадины естественно ожидать постоянное проявление высокоактивных тектонических, магматических, сейсмических и седиментационных процессов, подобных современным. Расшифровать их для геологического прошлого удается не всегда. Основная причина — в крупных перемещениях литосферных плит. Существует мнение о дрейфе Австралии и Южной Америки на большое расстояние. Вероятно, происходило и движение Северной Америки в сторону Тихого океана. Время этих перемещений несколько различное, однако, в основном оно укладывается в рамки мезозоя и кайнозоя. Соответственно структурный план Тихоокеанского кругового пояса скомпановался в это время. Все же для полукольца, расположенного в Северном полушарии, палеотектонические реконструкции возможны вплоть до позднего докембрия. Тем самым дополнительно подчеркивается главная тектоническая асимметрия нашей планеты.

Итак, Земле свойственна глобальная структурная неоднородность. В ее пределах обособляется сегмент, включающий Тихий океан и обрамляющий его Тихоокеанский тектонический пояс, характеризующийся высокой степенью подвижности и проницаемости литосферы. И другой сегмент — где сосредоточены все древние платформы, геосинклинально-складчатые пояса (их разделяющие) и вторичные океаны. Из такого противопоставления следует, что обе эти части должны были развиваться отличными путями чрезвычайно длительное время.

Неожиданное подтверждение такому взгляду пришло в результате изучения Луны.

До того как Луна была исследована с помощью автоматических межпланетных станций, существовала гипотеза о том, что на ее обратной стороне имеется Океан Антиподов, по аналогии с Океаном Бурь видимой стороны, и в целом Луна обладает симметрией. Первые же снимки обратной стороны Луны показали, что естественный спутник Земли также асимметричен и разделяется на два различных по структуре сегмента. Полушарие, обращенное к Земле, характеризуется распространением лунных морей, тогда как на обратной стороне морей почти нет, и там простирается материковая поверхность, усеянная многочисленными кратерами.

Впадины Океана Бурь и лунных морей сконцентрированы в северной части видимого полушария. Так же, как и на Земле, они выполнены базальтами. В целом проявляется аналогия в строении впадин лунных морей и земных океанических впадин. Примечательно, что впадины на Луне занимают примерно 1/3 часть ее поверхности, что близко к соотношению Тихоокеанского и Атлантического сегментов Земли. Радиологический возраст базальтов, выполняющих впадины Луны, показывает, что на Луне глобальная тектоническая асимметрия возникла еще на ранних стадиях ее эволюции.

Гравитационные и сейсмические данные показали неоднородность в строении коры и мантии Луны. В пределах океанического сегмента мощность коры сокращена до величины порядка 60 км, тогда как для обратной стороны Луны с континентальным строением допускается толщина коры в 100-150 км. При этом мощность базальтового выполнения лунных морей оценивается величиной всего в несколько километров, что приближается к мощности базальтового слоя океанической коры на Земле. В пределах океанического сегмента Луны отмечены аномально высокие скорости продольных сейсмических волн, что можно объяснить воздыманием кровли мантии, как это имеет место на Земле под океаническими впадинами.

После получения первых фотографий обратной стороны Луны с помощью АМС "Луна-3" в 1959 г. были высказаны разные соображения о причинах асимметрии видимого и обратного полушарий естественного спутника Земли. Известный советский астроном А. А. Михайлов доказал несостоятельность гипотез, объясняющих асимметрию Луны воздействием Земли. Так, гравитационное притяжение Земли, вызывающее твердые приливы в лунной коре, на видимой стороне всего на 0,5% больше, чем на обратной стороне Луны.

Однако в прошлом, когда Земля и Луна были сближены, приливное воздействие Земли было гораздо более значительным. Расчеты показали, что при расстоянии Луны от Земли, составляющем одну треть от современного, гравитационное воздействие на видимой стороне могло быть в 10 раз больше, чем на обратном полушарии Луны, а при сокращении расстояния до одной десятой эти различия возрастали в 10 тыс. раз. Гравитационное воздействие Земли должно было способствовать созданию глобальной тектонической асимметрии с формированием океанического сегмента именно на видимой стороне.

Гравитационное воздействие Земли, несомненно, проявлялось на самых ранних стадиях формирования Луны, усиливая ее первичную неоднородность, а также образование более мощной коры на обратной стороне, что согласуется с характером гравитационного поля.

В случае связи асимметрии с развитием системы Земля — Луна следовало бы ожидать симметричного расположения морского сегмента на Луне относительно центра обращенного к Земле полушария Луны. В действительности же здесь располагается так называемый Центральный перешеек с континентальным строением, тогда как морские впадины смещены к северу. Поэтому асимметрия Луны должна быть объяснена другими, внутренними причинами, отрицающими влияние нашей планеты на глобальную структуру ее естественного спутника.

В свое время пользовалась популярностью гипотеза В. Пикеринга, которая объяснила происхождение Тихоокеанской впадины отрывом Луны. Позднейшие расчеты показали несостоятельность "гипотезы отрыва". Глобальная асимметрия свойственна и другим планетам земной группы, прежде всего Марсу, у которой нет крупных спутников типа Луны, что свидетельствует против представлений о возможной связи асимметрии с развитием системы планеты и ее спутника.

Для обоснования неоднородности в структуре Луны с выделением сегментов или блоков глобального масштаба важное значение имеют сведения о сейсмичности. Показательна концентрация эпицентров лунотрясений в зонах сочленения континентального и морского сегментов. При этом континентальный блок в юго-восточной части видимой стороны Луны практически асейсмичен. Намечаемая аналогия с распределением глубокофокусных землетрясений на Земле, сконцентрированных в Тихоокеанском периокеаническом поясе, вполне закономерна.

Что касается Марса, то в его северном полушарии развита депрессия планетарного масштаба, тогда как южное полушарие представляет собой возвышенный материк. Следовательно, и на Марсе устанавливается глобальная тектоническая асимметрия с обособлением северного океанического и южного континентального полушарий. В пределах океанического полушария Марса преобладают положительные аномалии гравитационного поля, свидетельствующие о сокращенной мощности коры.

Экваториальный пояс Марса с проявлениями вулканизма и тектонических деформаций занимает промежуточное положение между океаническим и континентальным сегментами, что позволяет сопоставлять его с Тихоокеанским поясом Земли.

Что касается Меркурия, то в настоящее время снимки получены лишь на 40% его поверхности. Однако на них вполне определенно выявляются основные особенности его тектоники. Подобно Тихоокеанской впадине Земли и обширной депрессии Океана Бурь на Луне, здесь также выделяется депрессия планетарного порядка — впадина Калорис (Море Жары).

По периферии впадины Калорис намечается серия концентрических поднятий, которые могут быть сопоставлены с лунными Кордильерами и тектоническими сооружениями Тихоокеанского пояса Земли. Экстраполируя очертания впадины Калорис на всю поверхность Меркурия, получим ее отношение ко всей площади — 1/3, т. е. те же соотношения, что и у других небесных тел.

Из вышесказанного видно, что сравнительная планетология раскрывает весьма важную общую закономерность в строении Земли, Луны, Марса и Меркурия — их структурную асимметрию. Она проявляется независимо от размеров, массы, плотности, расстояния от Солнца этих небесных тел и выражается первичной неоднородностью в распределении вещества в их верхних оболочках.

Глобальная структурная асимметрия — свойство, устойчивое во времени. Если то, что здесь сказано, справедливо в отношении Земли, то мы находим объяснение глубокому различию в истории развития ее Атлантического и Тихоокеанского сегментов. Образование континентов, их раскалывание, возникновение вторичных океанов и впадин с субокеанической корой — все это относится лишь к Атлантическому сегменту, обособленному еще при первичной дифференциации вещества. Кольцевой Тихоокеанский тектонический пояс представляет собой поверхностное выражение зоны разграничения обоих сегментов. В нем происходят весьма сложные тектономагматические процессы, обусловленные глубинным взаимодействием на разных уровнях разнородных областей тектоносферы.

Итак, на ранних стадиях формирования литосферы упомянутых здесь небесных тел возникали огромные депрессионные формы, занимающие примерно 1/3 их поверхности. Такое явление можно связать с некоторым дефицитом вещества, возникшим вследствие образования первозданных континентов. Впоследствии этот дефицит компенсировался базальтовыми излияниями. Возможно, что истоки неоднородностей восходят еще к стадии аккреции протопланетного вещества, включающего сравнительно крупные ассоциации типа планетезималей.

Историческая планетология

Геологи широко используют сравнительно-исторический метод познания. Изучая слои горных пород, окаменевшие остатки ископаемых организмов, пользуясь самыми совершенными методами определения возраста горных пород и минералов, геологи стремятся воссоздать историю развития различных регионов и всей Земли в целом. Считается, что возраст Земли близок ко времени формирования вещества метеоритов, то есть 4,6 млрд. лет. Земля сформировалась в результате аккреции протопланетного вещества. Этот процесс был очень сложным, так как уже в период аккреции могли происходить частичная дифференциация вещества и его разогрев. Довольно быстро образовалась первичная кора, о строении и составе которой пока можно только догадываться.

В это же время Земля подвергалась своего рода "тяжелой бомбардировке" из остаточного метеоритного роя, а ее поверхность должна была во многом напоминать современную поверхность Луны или даже скорее Марса. Еще акад. А. П. Павлов в начале века назвал эту стадию развития Земли лунной, хотя нам кажется, что более правильно называть ее марсианской, так как уже на самых ранних этапах на Земле, подобно современному Марсу, должны были проявляться элементы атмосферы и гидросферы. От гигантских кольцевых структур этого времени сохранились лишь реликты первичного кольцевого рисунка, которые усматриваются на космических изображениях земной поверхности. Интересно отметить, что в земных породах пока не установлено достоверных датировок древнее 3,8 млрд. лет. Не связано ли это с этапом 4 "тяжелой бомбардировки", которая, кстати, у Земли ввиду ее большой массы и, соответственно, суммарной массы остаточного роя метеоритов, должна была быть гораздо более интенсивной, чем у Луны или Марса. По-видимому, реликтов истинной первичной коры на Земле могло и не сохраниться, так как до сих пор не найдено горных пород более древнего возраста. Поэтому этап аккреции, формирования протокоры и "тяжелой бомбардировки" часто называют догеологической эрой, о событиях которой можно судить пока только на основе сравнительно-планетологического метода. Будем надеяться, однако, что материалы для суждения об этом далеком времени будут все-таки получены в результате сверхглубокого бурения, если в недрах земной коры или верхней мантии будут вскрыты реликты протокорового вещества.

Дальнейшая история Земли может рассматриваться как собственно геологическая. Известны лишь немногие пункты нахождения древнейших горных пород с достаточно достоверными датировками. Например, в Гренландии выявлены амфиболиты, анортозиты и граниты с возрастом 3,75 млрд. лет. Многие исследователи допускают, что первоначально в пределах современных континентов возник гранулито-базитовый слой коры в процессе дифференциации мантийного вещества. В дальнейшем были широко проявлены процессы гранитизации. Об источниках гранитного материала ведутся споры. Предполагается, что он мог образоваться в результате дальнейшей дифференциации глубинных пород. Однако более вероятно, что появлению в коре Земли кислых пород, образовавших граниты и мигматиты, способствовало разделение вещества при формировании осадков в древнейших морских бассейнах.

По крайней мере, уже на раннем этапе геологического развития Земли появился чехол древнейших осадочных и вулканических пород. Неоднократное проявление гранитизации, многофазный метаморфизм, расколы с образованием глубоких прогибов, местами с выдавливанием вдоль них мантийного материала, сложный вулканизм — эти события были далеко не одинаковыми в каждом из регионов Земли. Только в конце этого этапа при формировании так называемой зрелой континентальной коры был проявлен процесс, который был назван А. А. Богдановым кратонизацией. Для него характерны интенсивный вулканизм и формирование массивов калиевых гранитов типа рапакиви. В дальнейшем такие участки коры оставались в большинстве случаев сравнительно стабильными, выделяясь в виде древних платформенных областей, частично перекрытых чехлом более молодых осадков, отложенных реками, в озерах и мелководных морях.

Океанические впадины, существующие в настоящее время, возникли сравнительно недавно. Возраст базальтов, выполняющих их ложе, не древнее мезозоя: 240 млн. лет. Отмечается омоложение возраста базальтов от краев океанов к срединно-океаническим хребтам. Только для Тихого океана допускается более древний возраст на основе изучения горных пород его обрамления, так называемого Тихоокеанского кольца. По поводу происхождения океанической коры существуют две основные гипотезы. Одна из них связывает образование такой коры с процессом базификации. Чл.-корр. АН СССР В. В. Белоусов полагает, например, что этот процесс связан с дифференциацией мантии, насыщением и переработкой более ранней континентальной коры при подъеме пород основного состава, и как следствие этого — утяжелением коры с образованием океанических впадин.

В последние годы стала особенно популярной концепция "новой глобальной тектоники", или "литосферных плит". В ее основе лежат представления о том, что океанические впадины возникают путем расхождения (спрединга) литосферных плит, которые дрейфуют по слою пониженной вязкости — астеносфере. Скорость движения плит составляет около 1 см в год, лишь в некоторых районах она возрастает до 10 см. В пересчете на многие миллионы лет это дает эффект горизонтального перемещения плит на сотни и тысячи километров. В местах расхождения плит прослеживаются гигантские трещины — мировая рифтовая система. Вдоль таких трещин формируется молодая океаническая кора. В местах столкновения плит возникают горные сооружения, складчатые системы, иногда породы океанической коры и даже верхней мантии оказываются выжатыми на поверхность. В других случаях края океанических плит погружаются в мантию. Этот процесс назван субдукцией. Он наблюдается вдоль островных вулканических дуг, сопровождаемых глубоководными желобами. Примерами таких дуг служат Курильские и Японские острова. Такое погружение приводит к концентрации очагов землетрясений вдоль наклонных поверхностей, получивших название зон Заварицкого — Беньофа. Плавление погружающегося материала приводит к появлению вулканов на поверхности. Такие поверхности прослежены по очагам глубокофокусных землетрясений до глубин в 700 км. По мнению акад. А. В. Пейве, срывы пластин земной коры могут происходить на разных уровнях, прежде всего по поверхности Конрада и Мохоровичича. В результате подобного скучивания и возникают горные сооружения, в пределах которых породы разной глубинности смяты в складки и находятся в сложных тектонических взаимоотношениях.

Сейчас уже накоплено много данных в пользу таких представлений. Впечатляет близость очертаний противоположных берегов Атлантического океана, отмеченная еще А. Вегенером в начале этого столетия. Предполагается, что все южные континенты Земли до мезозоя составляли единый суперматерик Гондвану, о чем свидетельствуют общность населявших их в прошлом животных и растений, а также палеомагнитные и палеоклиматические данные.

Вызывает большие споры вопрос о том, могли ли происходить аналогичные перемещения литосферных плит на заре геологической истории. Этот вопрос пока остается еще более неясным. Реликты океанической коры встречаются в современных горных сооружениях, например в Альпах, на Кавказе и на Урале. По мнению одних исследователей, такие коры возникали в результате расхождения литосферных плит с образованием в этих местах океанических впадин, близких по размерам современному Атлантическому океану. Однако не исключено, что здесь могли возникать достаточно глубокие, но сравнительно небольшие впадины, отвечающие по размерам современным глубоководным впадинам Средиземного и Красного морей, где кора близка к океанической.

Возможны и другие объяснения происхождения океанической коры. По мнению Е. Е. Милановского, более вероятно образование такой коры при пульсациях (сменах расширений и сжатий) Земли, происходящих на фоне некоторого общего расширения.

Во всяком случае, каковы бы ни были причины деформаций масс горных пород на Земле, важно подчеркнуть, что наша планета до сих пор не утратила своей активности. Современные движения в виде поднятий и опусканий отдельных участков, горизонтальных перемещений блоков коры устанавливаются инструментально, например, путем проведения высокоточных повторных нивелировок, в том числе с использованием лазерных дальномеров. В районах высокой активности проявляются сейсмичность и вулканизм. Общеизвестны гигантские катастрофы, происходящие уже в историческое время. Достаточно вспомнить о грандиозном взрыве вулкана Санторин, что привело к гибели в пучинах Эгейского моря целой цивилизации, возможно даже Атлантиды.

А как же эволюционировали другие планеты земной группы?

История Луны сейчас уже достаточно хорошо известна. Правда, по-прежнему ведутся споры о том, где же она все-таки возникла: в окрестностях Земли или совсем в другом месте. Особенности состава лунных пород дали основания для предположений о том, что первоначально она возникла из высокотемпературной части протопланетной туманности, ближе к Солнцу, располагаясь внутри орбиты Меркурия. В дальнейшем из-за приливных эффектов она переместилась ближе к Земле и попала в сферу ее тяготения. По другим представлениям, Луна образовалась одновременно с Землей из единого сгустка протопланетного вещества. При этом Луна возникла в краевой части сгустка, что хорошо согласуется с данными о ее гораздо меньшей плотности по сравнению с Землей. Ведь уже на самых ранних стадиях аккреции планетных тел должна начинаться дифференциация вещества под действием гравитационных сил.

Ранний этап эволюции — это формирование континентальной коры Луны габбро-анортозитового состава. Он продолжался около 4 млрд. лет. В это время происходили сложные процессы магматической дифференциации с выплавлением основных магм, их подъемом к верхним частям коры с застыванием в близповерхностных условиях под тонким чехлом уже сформированной коры. Поверхность Луны в это время интенсивно перерабатывалась под воздействием ударов крупных метеоритов. В результате их взрывов горные породы преобразовывались в импактные брекчии. Возникло множество крупных кратеров поперечником в десятки и сотни километров. В конце этого этапа имело место усиление метеоритной бомбардировки. На этапе формирования лунной коры континентального типа Луна уже, несомненно, была спутником Земли.

На рубеже 4 млрд. лет поверхность Луны подверглась особенно значительной бомбардировке огромными телами астероидных размеров. Этот этап так и называют — этапом "тяжелой бомбардировки". Возникшие депрессии были заполнены базальтами. Формирование лунных морей было длительным и, возможно, в отдельных случаях затянулось до рубежа, близкого к 3 млрд. лет. Наиболее молодая датировка кристаллической лунной породы составляет 3,16 млрд. лет. Ввиду меньшей мощности континентальной коры на видимой стороне взрывы метеоритов открывали выход базальтовой магме. Поэтому именно здесь сконцентрированы основные моря, а днища многих крупных кратеров также выполнены базальтами.

Послеморская история развития Луны менее богата событиями. Продолжалась метеоритная бомбардировка. Достоверных следов молодого вулканизма не обнаружено. Разрушение поверхностного слоя горных пород привело к образованию мощного покрова реголита. Тектонические движения проявлялись в возникновении крупных трещин. Сейчас Луна практически утратила свою тектоническую активность. Из большого числа слабых лунотрясений, зафиксированных сейсмографами за 8-летний период работы, лишь несколько десятков могут быть причислены к тектоническим. Большинство из них связано с источниками на глубинах порядка 800-100 км, где могут существовать частично расплавленные породы. Здесь предполагается развитие астеносферы. Лишь очень небольшое число очагов тектонических лунотрясений располагается на малых глубинах — в верхней части лунной литосферы. Эффект этих слабых сейсмических толчков крайне незначителен. Огромная мощность лунной литосферы по сравнению с земной при слабом развитии астеносферы — вот причина незначительной современной тектонической активности.

Тектоническая эволюция Меркурия во многом близка к лунной, хотя здесь есть и существенные отличия. От раннего этапа развития сохранились кратерированные равнины — аналоги лунных континентов. В дальнейшем на Меркурии был проявлен этап древнего вулканизма, следы которого — это обширные вулканические плато, образовавшиеся среди кратерированных равнин. Судя по степени насыщенности кратерами, так же как и на Луне, примерно 4 млрд. лет назад здесь происходила "тяжелая бомбардировка", в результате которой возникли впадина Калорис и другие депрессии, заполнившиеся вулканическими образованиями. В этот же период возникли разломы — взбросы и надвиги, свидетельствующие о сжимающих усилиях в коре планеты. Подсчеты показывают, что они являются следствием сокращения радиуса Меркурия на 1-2 км. Признаки дальнейшей тектонической активности не установлены.

Эволюция Марса была более сложной и насыщенной событиями. Первоначально здесь также возникла кора континентального типа. Судя по степени насыщенности кратерами, формирование поверхности кратерированных равнин южного полушария завершилось, так же как и на других планетных телах, до рубежа 4 млрд. лет. После этого возрастного рубежа усилилась вулканическая активность, в результате которой образовалась выполненная базальтами Великая Северная равнина (океаническое полушарие) и возникли обширные вулканические плато на континентальном южном полушарии. В отличие от Луны, вулканическая деятельность, несомненно, была более длительной и отчетливо многофазной. По имеющимся оценкам этот процесс мог завершиться на рубеже порядка 2 млрд. лет, хотя, безусловно, на отдельных участках мог продолжаться и позднее, например, на плато Гесперия. В отличие от Луны и Меркурия, на этом тектономагматическая эволюция Марса не закончилась. В приэкваториальной части возникли обширные сводовые поднятия Фарсида и Элизий, увенчанные грандиозными щитовыми вулканами, образовались многочисленные гигантские разломы, в том числе рифтовая система Маринер. Оценки возраста этих событий пока еще очень противоречивы. Однако свежесть форм рельефа в сочетании со слабой кратерированностью позволяют предполагать, что последние вулканические излияния на Марсе происходили в интервале 0,5-0,2 млрд. лет. Дальнейшая история Марса ознаменовалась существенными преобразованиями поверхности за счет деятельности ветра, "потоков воды", таяния мерзлоты, проявления оползней и обвалов на крутых склонах.

Судить об этапах эволюции других планет земной группы и спутников планет-гигантов еще более трудно, так как выделение возрастных рубежей только по степени насыщенности поверхностей метеоритными кратерами не очень надежно. Вместе с тем даже сопоставление развития Земли, Луны, Меркурия и Марса позволяет установить некоторые общие закономерности, что представляет особый интерес для целей сравнительной планетологии.

Первым этапом эволюции для небесных тел было становление первичной коры континентального типа. На рубеже около 4 млрд. лет проявилась "тяжелая бомбардировка", причины которой, включая вероятную синхронность этого события, еще нуждаются в своем объяснении. Если предположить, что метеориты астероидных размеров происходили из остаточного роя протопланетного вещества, то трудно объяснить синхронность событий для разных небесных тел с совершенно различными массами. Более того, непонятно, почему наиболее крупные метеориты осуществили бомбардировку поверхности на заключительной стадии аккреции. И почему, наконец, этап "тяжелой бомбардировки" так сильно отстал от формирования небесных тел, более чем на 0,5 млрд. лет. Заманчиво предположить, что "тяжелая бомбардировка" связана с галактическими процессами более общего порядка, приведшими к резкому изменению орбит значительной части астероидов в Солнечной системе, или даже с прохождением Солнечной системы через район Галактики, насыщенный астероидами. Но все это не более чем гипотезы, тогда как решение этой важной планетологической проблемы — дело будущего.

Последующая эволюция небесных тел находилась в явной зависимости от их масс и запасов заключенной в них внутренней энергии. Поэтому на Земле продолжаются интенсивные тектонические движения, сопровождаемые сейсмичностью, вулканическими процессами, значительными поднятиями и опусканиями участков коры, медленными перемещениями литосферных плит. На Марсе эти процессы закончились сравнительно недавно, тогда как активная тектоническая деятельность на Луне и Меркурии завершилась на рубеже порядка 3 млрд. лет. При этом проявлении тектонической активности на других небесных телах, по сравнению с Землей, гораздо менее значительны. Правда, и в этой закономерности оказались свои исключения. Несмотря на небольшие размеры, спутник Юпитера — Ио (который лишь немного больше Луны) обладает активной вулканической деятельностью. Однако этот факт получил свое объяснение, так как на Ио имеет место приливный разогрев недр.

Во всяком случае, историческая планетология, которая только начинает развиваться, будет способствовать выделению этапов преобразования поверхностей и недр небесных тел, выявлять общие закономерности в их эволюции, помогая тем самым расшифровать и объяснить последовательность событий в геологической истории Земли, особенно на ранних стадиях развития.

От изучения планет к познанию Земли

Достижения в исследовании далеких планет с помощью космической техники за последние десятилетия привели к выдающимся открытиям. И эти открытия интересны тем, что они позволяют применить их к изучению самой Земли. Хотя в познании Земли в последние десятилетия также достигнут большой прогресс, здесь еще осталось немало нерешенных проблем. И как это ни кажется парадоксальным, именно исследования далеких планет оказывают существенное влияние на развитие геологической науки. Постараемся рассказать о том, как некоторые сугубо геологические проблемы предстают в сравнительно-планетологическом аспекте.

Одна из таких проблем — становление первичной коры Земли. В земных условиях решать ее трудно, так как сложные геологические процессы на протяжении миллиардов лет исказили первозданный лик Земли, неузнаваемо изменили первичные горные породы. Во всяком случае, мы пока не знаем пород с возрастом, превосходящим 4 млрд. лет. А на Луне такие породы встречаются достаточно часто. Несомненно, они должны присутствовать на Марсе и Меркурии. Интерес к древнейшим породам земной коры имеет и практическое значение. Поиски рудных месторождений становятся все более глубинными. Успешно осуществляется бурение Кольской сверхглубокой скважины. Может быть, в недалеком будущем в глубинах так называемого "базальтового" геофизического слоя земной коры обнаружатся такие породы, которые окажутся реликтами первичной коры. И не исключено, что они будут схожи с основными магматическими породами, слагающими лунные континенты. С другой стороны, совершенствование методов определения возраста горных пород показало, что известные древнейшие комплексы пород основного состава имеют еще больший возраст. Возможно, и это не является пределом. Во всяком случае, уже проводились работы, показавшие возможность принципиального сравнения древнейших комплексов земных пород основного состава и близких по составу пород лунных континентов.

На ранних этапах формирования континентальной коры Луны, Марса и Меркурия установлена большая роль метеоритной бомбардировки, завершившаяся так называемой "тяжелой бомбардировкой" телами астероидных размеров на рубеже 4 млрд. лет. По всем данным, аналогичные события в это же время должны были происходить и на Земле. К сожалению, аналоги круговых лунных морей в первозданном виде на Земле не сохранились. До последнего времени представления о подобной "лунной" или "марсианской" стадии в развитии Земли оставались сугубо гипотетическими. Положение несколько изменилось с внедрением в практику геологических работ материалов космических съемок, по которым и на Земле были выявлены гигантские кольцевые структуры, хотя и не очень отчетливые. Поперечники отдельных таких структур составляют многие сотни и даже тысячи километров. В виде округлых структур представлены из космоса крупный Анабарский массив и Прикаспийская впадина. Часто подобные структуры прослеживаются вне зависимости от тектонических элементов, охватывая, например, смежные части платформенных и складчатых областей. Высказывается предположение, что подобные структуры являются реликтовыми образованиями, непосредственно связанными с "тяжелой бомбардировкой". Последующая история Земли была более сложной по сравнению с другими планетами. Однако глубинный рисунок структуры, созданный в результате "тяжелой бомбардировки", мог в какой-то степени влиять на последующие геологические события. В этом мог проявляться принцип унаследованности в геологических преобразованиях. Глубинная неоднородность коры и верхов мантии предопределяла различия в проявлении процессов тепломассопереноса из недр Земли к ее поверхности. Не случайно, что некоторые крупные кольцевые структуры, выявленные на космическом изображении в ландшафте и растительности, не находят отражения в геологическом строении. По-видимому, они связаны с несколько повышенным тепловым потоком ввиду глубинной неоднородности коры. Это, в свою очередь, имеет важное практическое значение. Мы знаем, что часто рудные месторождения концентрируются в виде рудных районов или узлов изометричной формы. Они никак не укладываются в те зоны, которые соответствуют тектоническим. Более определенно в ряде областей они увязываются с крупными кольцевыми структурами, дешифрируемыми на космических снимках. Такие работы выполнены для Алдано-Становой области, Средней Азии, Балтийского щита и др. Напрашивается вывод о том, что древнейший кольцевой рисунок в структуре земной коры и верхней мантии мог контролировать последующий подъем в приповерхностные части магматических расплавов и рудоносных растворов. В этом направлении еще многое предстоит сделать, но уже первые исследования представляются вполне обнадеживающими.

Интересная проблема возникла в связи с изучением планетарной делимости земной коры, системами трещин, закономерно ориентированных по отношению к оси вращения Земли. Решение этой проблемы в земных условиях сталкивается с большими трудностями из-за сложности структуры земной коры. К тому же если допустить значительные перемещения литосферных плит в горизонтальном направлении, первоначальный рисунок планетарных трещин окажется измененным. При изучении Луны и Марса вполне определенно усматривается преобладание трещин северо-западного и северо-восточного направлений в пределах континентальных областей. На океанических равнинах, покрытых базальтами, такого рисунка нет, да и самих трещин здесь гораздо меньше, а выражены они обычно менее отчетливо. Отсюда следует предположение, что закономерная делимость может возникать при становлении кор, особенно континентального типа, на ранних стадиях формирования поверхности планеты. Вероятно, подобный рисунок мог сохраниться и в земной коре в виде глобальной системы линеаментов, унаследованно проявляющих себя на протяжении геологической истории. Пути решения этой проблемы в земных условиях заключаются в выделении среди всей массы разрывных нарушений тектонических линий с древним заложением и унаследованным развитием, с закономерным структурным рисунком и с его возможными последующими искажениями при перемещениях крупных блоков коры, вплоть до литосферных плит.

По составу земная кора отличается от коры Луны и, вероятно, других планет, благодаря широкому распространению на континентах магматических и метаморфических пород кислого и среднего состава. Считается, что уже древнейшие горные породы, выявленные в земной коре, так называемые "серые гнейсы" с возрастом порядка 3,8 млрд. лет, представляют собой измененные андезитовые лавы. Существовало мнение, что лунные континенты со светлой окраской также сложены кислыми магматическими породами, возникшими в процессе дифференциации магмы. Однако сейчас установлено, что кислые породы развиты только в земных условиях. Эти данные позволили объяснить образование кислых пород при участии дифференциации вещества в осадочных бассейнах с последующим их погружением в глубокие слои коры и переплавлением. Но ведь осадочные породы развиты и на Марсе. И не случайно грандиозные щитовые вулканы Марса так резко отличаются от проявлений вулканизма на Луне и Меркурии. Может быть, в их магматические очаги попала примесь осадочных пород, а сами лавы стали несколько более кислыми, например, андезитобазальтовыми.

Долгое время продолжалась дискуссия о времени образования земных океанических впадин. Были высказаны самые различные точки зрения. Сейчас установлено, что на Земле океанические впадины возникли сравнительно недавно, начиная с мезозоя. На других планетах их образование относят ко времени, последовавшему за "тяжелой бомбардировкой". В этом отношении Земля не должна быть исключением. Однако ввиду особой сложности развития нашей планеты этот процесс был, очевидно, многостадийным. Геологам еще предстоит реконструировать положение протоокеанов, а также океанических впадин последующих этапов океанообразования.

Определение направленности в тектонической эволюции Земли представляет большой интерес. Своего рода "футуро-геологические" исследования Земли служат для прогнозирования ее геологического будущего. Луна и Меркурий практически утратили свою тектоническую активность сразу же после завершения стадии формирования океанической коры, хотя на Марсе эти процессы сильно затянулись. По существующим представлениям в земных условиях сейчас активно продолжается многофазная стадия образования океанической коры с одновременным наращиванием континентов в переходных зонах. Ведь всю геологическую историю Земли можно представить как постоянное проявление процессов конструкции и деструкции континентальной и океанической коры. Вероятно, Земля обладает огромными запасами внутренней энергии, высвобождаемыми в процессе дифференциации вещества на разделах ядра и геосфер. Еще предстоит решать, ослабнут или усилятся эти процессы в будущем.

Исследования других планет привлекли внимание к проблеме метеоритных кратеров на Земле. Сначала открытия древних метеоритных кратеров были встречены очень настороженно, да и сейчас по поводу астроблемной природы ряда структур ведутся споры. Однако по аналогии с другими планетами возникновение астроблем в истории Земли, хотя и в ограниченном количестве, должно было происходить постоянно. Сейчас уже выполнены детальные исследования многих астроблем, подтвердивших их космогенное происхождение. С ними удалось увязать и тектиты — загадочные обломки стекол со следами переноса в атмосфере, о происхождении которых еще недавно высказывались самые различные гипотезы.

И в заключение, пожалуй, стоит остановиться еще на одной проблеме. Являясь планетой Солнечной системы и Галактики в целом, Земля не может не испытывать на себе космических влияний. Ее поверхности достигают метеориты и космическая пыль. Она находится под воздействием различных полей и излучений космического пространства. И не исключено, что влияние космических факторов на эволюцию Земли значительно выше, чем предполагается в настоящее время. Ведь до сих пор надежно не объяснена причина периодичности в развитии Земли, в проявлении процессов горообразования, в изменениях климата. Есть интересные гипотезы, которые связывают такую периодичность в тектонических движениях с положением всей Солнечной системы в различных частях Галактики, а периодичность изменений климата объясняют изменениями солнечной активности. Существенный вклад в изучение космического влияния на геологические процессы должны внести будущие сравнительно-планетологические исследования. Если на других планетах обнаружатся признаки периодичности, совпадающей с этапами развития Земли, то это будет важным свидетельством в пользу общих причин, порождающих периодичность в любом ее проявлении. Ведь когда-нибудь будут определены и эпохи изменения климата на Марсе, в течение которых происходило таяние мерзлоты, и возникали бурные потоки талых вод. Предположим, что они совпадут с эпохами потепления климата на Земле — вот и новый ключ к решению этой проблемы.

Рекомендуемая литература

Бронштэн В. А. Планета Марс. М., Наука, 1977. 95 с.

Влодавец В. И. Вулканы Земли. М., Недра, 1973.

Жарков В. Н. Внутреннее строение Земли и планет. М., 1978. 191 с.

Ксанфомалити Л. В. Планеты, открытые заново. М., Наука, 1978. 152 с.

Маров М. Я. Планеты земной группы. М., Наука 1981. 266 с.

Мархинин Е. К. Вулканизм и жизнь. М., Мысль, 1980. 196 с.

Ходак Ю. А. География и геология планет (планетология). М., изд-во моск. гос. пед. ин-та, 1972. 133 с.