Помоги проекту - поделись книгой:
Верхний слой каменной оболочки Земли или, по-другому, литосферы, отделенный от нижележащих слоев (мантии) так называемой поверхностью Мохоровича, именуется земной корой.
Различают два основных типа земной коры: континентальную, из которой состоят материки, и океаническую, образующую дно океанов. Первая гораздо старше: некоторые ее участки датируются в 3,8 миллиарда лет, тогда как у океанической коры возраст составляет немногим более 150 миллионов лет. Средняя мощность континентальной коры равна 25-75 километрам, а океанической – намного меньше.
Верхнюю часть континентальной коры слагают осадочные породы мощностью около 3 километров и средней плотностью 2,5 г/см
Совершенно по-иному выглядит разрез океанической коры. Под слоем рыхлых осадков средней мощностью всего 0,7 километра находятся два слоя. Первый из них, мощностью около 1,7 километра, слагается преимущественно базальтами, а второй, мощностью около 5 километров, состоит из преобразованных путем гидратации (реакции с водой) горячих глубокозалегающих ультраосновных пород серпентинитов.
И, наконец, на Земле нужно выделить еще одну оболочку, которую часто называют биосферой. Эта глобальная система, обладающая свойствами саморегулирования, имеет свой «вход» (поток солнечной энергии, поступающий из космоса) и «выход» (образования, возникающие в результате жизнедеятельности земных организмов).
Верхней границей биосферы служит озоновый слой атмосферы, в то время как ее нижняя граница довольно расплывчата. Дело в том, что даже в Марианской впадине были обнаружены живые организмы. Оказывается, не только бактерии, но и самые различные микроорганизмы по трещинам и порам проникают в осадочный слой и толщу рыхлых пород дна Мирового океана вплоть до его базальтового слоя и соответственно до гранитно-метаморфического слоя на континентах. А в современной биосфере по подсчетам ученых существует около 2 миллионов видов живых организмов, каждый из которых, в свою очередь, включает в себя миллионы и миллионы особей.
В этом плане можно согласиться с академиком В.И. Вернадским, который, изучая роль органического мира в жизни нашей планеты, пришел к выводу, что живое вещество принимает самое активное участие во всех геологических процессах на поверхности Земли и в образовании ее атмосферы..
Экскурс в глубь Земли
Наука еще не изобрела такой аппарат, в котором человек мог бы проникнуть в глубокие недра планеты и исследовать их. Пока ученым приходится судить о строении земных недр по косвенным данным с помощью геофизических методов: сейсмического, гравиметрического и магнитометрического.
Первый из них наиболее важен. Суть его заключается в том, что на поверхности Земли искусственно (например, путем взрыва) создают упругие колебания сейсмические волны, которые имеют определенные особенности при прохождении земных недр: в плотной среде скорость этих волн возрастает, в рыхлой резко снижается, а в жидкостях некоторые из них вообще не распространяются.
Сейсмические волны делятся на объемные и поверхностные. Объемные волны – продольные и поперечные – представляют собой упругие волны сжатия и упругие волны сдвига. Отметим, что объемные волны в упругой Земле распространяются так же, как световые лучи в оптических средах. Объемные волны, в отличие от поверхностных, пронизывают все тело нашей планеты, то есть они в буквальном смысле слова «просвечивают» Землю и, подобно рентгеновскому анализу, выявляют внутреннее ее строение. Поверхностные волны, как и объемные, бывают двух типов. Различаются они по виду деформации. В первом случае она чисто сдвиговая, а во втором – как сдвиговая, так и объемная. Скорости поверхностных волн обнаруживают зависимость от длины или частоты волны. Это свойство поверхностных волн используют для изучения структуры наружных слоев Земли.
Сейсмические колебания, проходя земной шар насквозь или частично отражаясь от разделов сред с различной плотностью, возвращаются на поверхность Земли, где они регистрируются и изучаются. По полученным данным можно судить о глубинах залегания тех или иных разделов, получать сведения о физических свойствах тех сред, сквозь которые прошли сейсмические волны, и т.д. С этой же целью сейсмологи изучают и землетрясения, которые вызывают упругие колебания естественным путем.
Как оказалось, земной шар внутри, подобно луковице, состоит из нескольких концентрических оболочек, вложенных одна в другую. Наиболее отчетливо выделяются три оболочки (или геосферы), о которых уже упоминалось выше: земная кора (литосфера), мантия и ядро.
Впервые идея о сферическом строении нашей планеты была высказана профессором Геттингенского университета Э. Вихером в 1897 году. В начале XX века австрийский геолог Э. Зюсс предложил выделить пять оболочек Земли, каждой из которых было дано название, исходя из первых букв главенствующих в той или иной оболочке элементов: силициум, алюминий, магний, хром, феррум и никель.
В дальнейшем эти идеи получили научное обоснование. Глубокие скважины и шахты дали геологам возможность изучить верхние слои земной коры. Однако глубина горных выработок пока еще слишком мала. Самая глубокая скважина в мире была пробурена на Кольском полуострове в нашей стране, ее глубина превышает 12 километров. Гораздо меньшую глубину имеют шахты. Максимальная глубина шахты «Ист Рэнд» в Южной Африке достигает только 3428 метров. Если сравнить эти цифры со средним радиусом Земли, то окажется, что даже самая глубокая современная скважина проникает в тело Земли не глубже, чем булавочный укол в толстую кожу бегемота.
Самая верхняя оболочка нашей планеты – земная кора представляет собой весьма тонкое «покрывало», под которым скрыты неспокойные недра Земли. В среднем толщина коры, или, если говорить образно, тонкой пленки, в которую «обернут» земной шар, составляет всего 0,6 процента от длины радиуса Земли.
Земная кора отделяется от нижележащего слоя, как уже говорилось, поверхностью Мохоровича, или сокращенно – границей Мохо. Ниже нее располагается мантия Земли. Плотность вещества мантии выше плотности пород земной коры и колеблется от 3,3 г/см
Верхняя мантия изучена лучше нижней, но и в отношении ее многое еще не совсем ясно. Характерная черта строения верхней мантии – ее расслоенность. Например, на глубине около 100 километров под материками и около 50 километров под океанами находится слой, близкий к плавлению или даже содержащий расплавы составляющего его пород, он носит название астеносферы (слой Гутенберга). Благодаря пластичности астеносферы лежащие выше ее твердые блоки (плиты) земной коры могут скользить по ней.
Нижняя мантия, располагающаяся в интервале глубин от 900 до 2920 километров, характеризуется большой плотностью вещества и большой скоростью распространения упругих колебаний. Дальше располагается только земное ядро.
Самая загадочная геосфера
Как, вероятно, уже догадался читатель, речь пойдет о земном ядре, которое занимает центральную часть Земли, составляя около 17 процентов ее объема и 33 процента массы, и в отношении которого единой точки зрения среди ученых не существует.
Сейсмические данные указывают на сложное строение ядра: оно состоит из двух, а возможно, и более концентрических оболочек с несколько различающимся составом. Пожалуй, наиболее достоверно то, что оно делится на внешнее и внутреннее ядро с промежуточным слоем.
Внешнее ядро (слой Е) заключено в пределах 2900-5000 километров. Его объем 15,16 процентов, а масса 29,8 процента. Ядро хорошо пропускает продольные волны, но поперечные сейсмические волны через них не проходят. На этом основании предполагается, что данный слой находится в расплавленно-жидком состоянии. Косвенным подтверждением является наличие приливных колебаний внутри Земли. Если бы весь земной шар был твердым, то приливные колебания на поверхности Земли проявлялись слабее наблюдаемых.
В основании внешнего ядра располагается переходная оболочка (слой F), находящаяся в интервале глубин 5000-5200 километров и характеризующаяся некоторым увеличением скорости продольных упругих колебаний. Впрочем, поперечные сейсмические волны в ее пределах, как и в слое Е, не распространяются.
Внутреннее ядро (слой G, или субъядро) занимает самую сердцевину нашей планеты. Его радиус 1250 километров, объем около 7 процентов, а масса около 1,2 процента массы Земли. В нем скорость продольных волн еще более возрастает. Однако факты прохождения поперечных волн свидетельствуют о том, что внутренняя часть ядра является, по-видимому, близкой к расплавленному состоянию. Плотность вещества внутреннего ядра достигает 13 г/см
О химическом составе ядра Земли существуют два мнения. Одни исследователи считают ядро железным, но состоящим из никеля и железа. Другие же считают, что оно сложено силикатами, которые находятся в «металлизированном» состоянии. Однако последнее предположение ставится под большое сомнение. Сейчас преобладает промежуточная точка зрения, согласно которой внутреннее ядро – все же железо-никелевое, а внешнее сложено сверхплотными силикатами, которым, однако, присуще высокое содержание железа и никеля.
Удивительная находка американских геологов стала «последней каплей», которая склонила чашу весов в пользу модели земного ядра, состоящего из внешнего слоя, сложенного сверхплотными силикатами, и внутреннего, железо-никелевого субъядра…
В 1974 году в обломках гравия горного хребта Кламат в штате Орегон был обнаружен минерал, не имеющий ничего общего ни с одним из известных на Земле минералов. Первоначально предположили, что это обломок метеорита, но на образце не было следов обжига, ударного воздействия. Кроме того, на метеоритах остаются космические метки за счет жесткого облучения Солнцем, здесь же было все чисто. Вывод был сделан один – это минерал чисто земного происхождения. Что же в нем было необычного?.. Его химический состав.
Геологи и геохимики Корнуоллского университета США определили, что минерал, названный, кстати, ими джозефинитом, состоит на 86 процентов из металлов и на 14 процентов из силикатов. Металлическая фракция сложена никелем (69,9 процента) и железом (30,1 процента). По своему составу обсуждаемый минерал как нельзя лучше соответствует гипотетическому веществу внешнего ядра Земли, у него высокая плотность и своеобразная уплотненная структура. Ученые предполагают, что кусочек самых глубоких внутренних сфер нашей планеты был вынесен на ее поверхность мощными потоками мантийного материала.
Таким образом, современные данные о внутреннем строении Земли, с которыми мы конспективно ознакомились выше, позволяют сравнить нашу планету с вращающимся толстостенным шаром (кора и мантия) с внутренней полостью, заполненной жидкостью (внешнее ядро), в которой плавает сравнительно небольшое, также шарообразное, твердое субъядро.
В центре этой системы внутреннее ядро удерживается силами ньютоновского тяготения, оно может вращаться иначе, чем мантия. По существующим представлениям, именно благодаря этому эффекту (динамо-механизм) и возникает геомагнитное поле Земли.
Происхождение и возраст Земли
Только относительно недавно человечество получило фактический материал, позволяющий строить научно обоснованные гипотезы о происхождении Земли, но эта проблема волновала умы философов еще в глубокой древности.
Хотя первые представления о жизни нашей планеты и основывались лишь на эмпирических наблюдениях природных явлений, тем не менее в них главенствующую роль чаще занимали фантастические вымыслы, чем объективная реальность. Однако уже тогда, в далекие от нас времена, возникали идеи и воззрения, которые и сегодня поражают нас своим сходством с нашими представлениями о происхождении Земли.
Так, например, римский философ и поэт Тит Лукреций Кар, известный как автор дидактической поэмы «О природе вещей», считал, что Вселенная бесконечна и в ней существует множество миров, подобных нашему. О том же писал в своих трудах и древнегреческий ученый Гераклит (500 лет до н.э.): «Мир, единый из всего, не создан никем из богов и никем из людей, а был, есть и будет вечно живым огнем, закономерно воспламеняющимся и закономерно угасающим».
После падения Римской империи для Европы наступила тяжелая пора средневековья – период господства богословия и схоластики. Этот период затем сменился эпохой Возрождения, труды Леонардо да Винчи, Николая Коперника, Джордано Бруно, Галилео Галилея подготовили появление прогрессивных космогонических идей. Они были высказаны в разное время Р. Декартом, И. Ньютоном, Н. Стеноном, И. Кантом и П. Лапласом.
Так, в частности, по мнению Р. Декарта, Земля прежде была раскаленным телом, подобно Солнцу. Однако впоследствии она остыла и стала представлять собой потухшее небесное тело, в недрах которого все же сохранился огонь. Раскаленное ядро покрывала плотная оболочка, состоявшая из вещества, подобного веществу солнечных пятен. Выше находилась новая оболочка – из мелких осколков, возникших в результате распада пятен.
Немецкий философ И. Кант в 1755 году предположил, что вещество, из которого состоит тело Солнечной системы – все планеты и кометы, до начала всех преобразований было разложено на первичные элементы и заполняло весь тот объем Вселенной, в котором движутся теперь образовавшиеся из них тела. Эти представления И. Канта о том, что Солнечная система образовалась в результате скопления первичного дисперсного рассеянного вещества, кажутся сегодня удивительно правильными.
Несколько позже, в 1796 году, французский ученый П. Лаплас высказал сходные идеи о происхождении Земли, ничего не зная о существовании трактата И. Канта. Появившаяся гипотеза о происхождении Земли получила, таким образом, название гипотезы Канта-Лапласа. Согласно этой гипотезе Солнце и движущиеся вокруг него планеты образовались из единой туманности, которая, вращаясь, распадалась на отдельные сгустки вещества – планеты. Первоначально огненно-жидкая Земля остывала, покрывалась коркой, которая коробилась по мере остывания недр и уменьшения их объема. Нужно сказать, что гипотеза Канта-Лапласа более 150 лет преобладала в ряду других космогонических воззрений. Именно исходя из этой гипотезы, геологи объясняли все геологические процессы, протекавшие в недрах нашей планеты и на ее поверхности.
Большое значение для разработки достоверных научных гипотез о происхождении Земли несомненно имеют метеориты – пришельцы из далекого космоса. Дело в том, что метеориты падали на Землю всегда. Но далеко не всегда их считали пришельцами из космоса. Одним из первых, кто правильно объяснил появление метеоритов, был немецкий физик Э. Хладни, доказавший в 1794 году, что метеориты – это остатки болидов, имеющих неземное происхождение. По его мнению, метеориты являются странствующими в космосе кусками межпланетной материи, возможно и осколками планет.
Однако подобные мысли в то время разделяли далеко не все, но, изучая каменные и железные метеориты, ученые получали интересные данные, которые использовались в космогонических построениях. Был, например, выяснен химический состав метеоритов – в основном оказалось, что это окислы кремния, магния, железа, алюминия, кальция, натрия. Следовательно, появилась возможность узнать состав других планет, который оказался сродни химическому составу нашей Земли. Удалось определить и абсолютный возраст метеоритов: он находится в пределах 4,2-4,6 миллиардов лет. В настоящее время к этим данным добавились сведения о химическом составе и возрасте пород Луны, а также атмосфер и пород Венеры и Марса. Эти новые данные показали, в частности, что наш естественный спутник Луна образовался из холодного газопылевого облака и начал «функционировать» 4,5 миллиарда лет тому назад.
Огромная роль в обосновании современной концепции происхождения Земли и Солнечной системы принадлежит советскому ученому, академику О.Ю. Шмидту, который внес значимый вклад в решение этой проблемы.
Так по крупицам, по отдельным разрозненным фактам постепенно складывалась научная основа современных космогонических взглядов… Большинство современных космогонистов придерживается следующей точки зрения.
Исходным веществом для образования Солнечной системы послужило газопылевое облако, располагавшееся в экваториальной плоскости нашей Галактики. Вещество этого облака находилось в холодном состоянии и содержало в основном летучие компоненты: водород, гелий, азот, пары воды, метан, углерод. Первичное планетное вещество было довольно однородным, а его температура очень низкой.
Вследствие сил тяготения межзвездные облака начинали сжиматься. Вещество уплотнялось до стадии звезд, одновременно возрастала его внутренняя температура. Движение атомов внутри облака ускорялось, и, сталкиваясь друг с другом, атомы иногда объединялись. Возникали термоядерные реакции, в процессе которых водород превращался в гелий, при этом выделялось огромное количество энергии.
В неистовстве мощных стихий возникло Протосолнце. Рождение его произошло в результате вспышки сверхновой звезды – явления не такого уж редкого. В среднем такая звезда появляется в любой Галактике каждые 350 миллионов лет. При вспышке сверхновой звезды излучается гигантская энергия. Вещество, выброшенное в результате этого термоядерного взрыва, образовало вокруг Протосолнца широкое, постепенно уплотнявшееся газовое плазменное облако. Оно представляло собой своеобразную туманность в виде диска с температурой в несколько миллионов градусов Цельсия. Из этого протопланетного облака в дальнейшем возникли планеты, кометы, астероиды и другие небесные тела Солнечной системы. Образование Протосолнца и протопланетного облака вокруг него произошло, вероятно, около 6 миллиардов лет назад.
Минули сотни миллионов лет. Постепенно газообразное вещество протопланетного облака остывало. Из горячего газа конденсировались наиболее тугоплавкие элементы и их окислы. По мере дальнейшего охлаждения, которое продолжалось миллионы лет, в облаке появились пылевидные твердые частицы, и ранее раскаленное газовое облако вновь стало относительно холодным.
Постепенно вокруг молодого Солнца в результате конденсации пылевидного вещества образовался широкий кольцеобразный диск, который в дальнейшем распался на холодные рои твердых частиц и газа. Из внутренних частей газопылевого диска начали образовываться планеты типа Земли, состоящие в основном из тугоплавких элементов, а из периферических частей диска – большие планеты, богатые легкими газами и летучими элементами. В самой же внешней зоне возникло огромное количество комет,
Так приблизительно 5,5 миллиарда лет назад из холодного планетного вещества возникли первые планеты, в том числе и первичная Земля. В это время она была космическим телом, но еще не планетой, у нее не существовали ядро и мантия и не было даже твердых поверхностных участков.
Образование Протоземли было чрезвычайно важной вехой – это было рождение Земли. В то время на Земле не протекали обычные, хорошо нам известные геологические процессы, поэтому этот период эволюции планеты называют догеологическим, или астрономическим.
Протоземля представляла собой холодное скопление космического вещества. Под влиянием гравитационного уплотнения, нагревания от беспрерывных ударов космических тел (комет, метеоритов) и выделения тепла радиоактивными элементами поверхность Протоземли стала нагреваться. О величине разогрева среди ученых нет единого мнения. По мнению советского ученого В. Фесенкова, вещество Протоземли нагрелось до 10 000°С и вследствие этого перешло в расплавленное состояние. По предположению же других ученых, температура едва достигла 1000°С, а третьи отрицают даже саму возможность расплавления вещества.
Как бы там ни было, но разогрев Протоземли способствовал дифференциации ее материала, которая продолжалась в течение всей последующей геологической истории.
Дифференциация вещества Протоземли привела к концентрации тяжелых элементов во внутренних ее областях, а на поверхности – более легких. Это, в свою очередь, предопределило дальнейшее разделение на ядро и мантию.
Вначале Земля не имела атмосферы. Это объясняется тем, что газы из протопланетного облака были потеряны на первых стадиях образования, поскольку тогда еще масса Земли не могла удержать легкие газы вблизи своей поверхности.
Образование ядра и мантии, а в дальнейшем и атмосферы завершило первую стадию развития Земли – догеологическую, или астрономическую. Земля стала твердой планетой. С этого момента и начинается ее длительная геологическая эволюция, но это уже тема особого разговора.
Таким образом, 4-5 миллиардов лет назад на земной поверхности господствовали солнечный ветер, жаркие лучи Солнца и космический холод. Поверхность беспрерывно подвергалась бомбардировке космическими телами – от пылинок до астероидов…
Глава VI
ОСОБЕННОСТИ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЗЕМЛИ
Дрейф материков
Длительное время в геологической науке господствовали идеи фиксизма, согласно которым крупные структуры литосферы, и прежде всего океаны и континенты, в процессе своей эволюции остаются на одном и том же месте и не перемещаются в горизонтальном направлении. Другими словами, было принято считать, что континенты и океаны возникли сотни миллионов лет назад и никогда не меняли своего положения. Лишь изредка, когда высота континентов существенно снижалась, а уровень Мирового океана повышался, море наступало на низменности и затапливало их. Это происходило благодаря медленным вертикальным перемещениям, что и создавало наземный и подводный рельефы.
Представление о том, что «земная твердь» находится в беспрестанном вертикальном движении, за счет которого формируется рельеф Земли, разделяло большинство ученых. Часто эти движения имеют большую амплитуду и скорость, что приводит к крупным катастрофам. Однако, как было установлено, имеются еще и очень медленные, не ощутимые даже самыми чувствительными приборами вертикальные движения с переменным знаком. Это так называемые колебательные движения. Только за очень продолжительный промежуток времени обнаруживается, что горные вершины выросли на несколько сантиметров, а речные долины углубляются.
Но вот в конце XIX – начале XX века некоторые естествоиспытатели стали сомневаться в справедливости этих предположений. Они стали осторожно высказывать идеи о единстве материков в геологическом прошлом, в настоящее время разделенных обширными океанами. Понятно, что такие ученые находились в весьма затруднительном положении, поскольку их гипотезы были бездоказательными. Действительно, если вертикальные колебания земной коры можно было объяснить какими-то внутренними силами (например, воздействием земного тепла), то перемещение громадных континентов по земной поверхности сложно было представить.
В такой ситуации в начале XX века появилась смелая гипотеза немецкого геофизика А. Вегенера о… горизонтальных перемещениях земных континентов. Нужно сказать, что вначале А. Вегенер достаточно успешно занимался метеорологией. Прочитав его труд «Термодинамика атмосферы», известный русский климатолог того времени А. Воейков произнес: «В метрологии взошла новая звезда!» Однако мировую славу и известность А. Вегенеру принесло не это научное направление.
Весной 1910 года он познакомился с известным в Германии метеорологом В. Кеппеном, сыном русского академика П.И. Кеппена. Беседы с этим ученым натолкнули молодого А. Вегенера на интересную мысль. Впоследствии он писал: «Впервые идея дрейфа континентов возникла у меня еще в 1910 году при рассмотрении карты Мира в связи с непосредственным впечатлением о совпадении очертаний береговых линий по обеим сторонам Атлантики. Однако я ей вначале не придал значения, считая невероятной. Осенью 1911 года в одном случайно попавшемся мне сборнике докладов я познакомился с неизвестными мне до этого палеонтологическими данными о существовавшей ранее материковой связи между Бразилией и Африкой… Сразу же выявились такие важные факты, которые укрепили во мне веру в принципиальной правильности постановки вопроса». Все это побудило А. Вегенера провести более детальный анализ имеющихся геологических и палеонтологических данных, в результате он убедился в правильности своих предположений.
6 января 1912 года на собрании Немецкого геологического общества во Франкфурте-на-Майне А. Вегенер сделал доклад о дрейфе материков. Доклад подвергся жесткой критике. Немецкие геологи, сторонники фиксизма, буквально высмеяли А. Вегенера. После этого ученый стал подбирать новый фактический материал, обдумывая механизм дрейфа материков. Так рождалась новая научная концепция. А в конце 1915 года вышла в свет книга А. Вегенера «Возникновение материков и океанов», давшая путевку в жизнь новой гипотезе дрейфа материков. В 1922 году работа была издана на русском языке в Германии. Начался триумф А. Вегенера.
Впрочем, преодолеть господство хорошо разработанной концепции о неизменности положения материков остроумным, но чисто умозрительным предположением мобилистов о дрейфе материков, основанном пока только на сходстве конфигураций противоположных берегов Атлантического океана, в первое время было сложно. А. Вегенер считал, что он сможет убедить всех своих оппонентов лишь тогда, когда будут собраны веские доказательства, основанные на обширном геологическом и палеонтологическом материале.
Для подтверждения дрейфа материков А. Вегенер и его сторонники приводили четыре группы независимых доказательств: геоморфологические, геологические, палеонтологические и палеоклиматические. Некоторые из них не утратили своей значимости и в наши дни. Ознакомимся с основными аргументами А. Вегенера.
Геофизические аргументы проводились, чтобы доказать сходство геологического строения структур, расположенных по разные стороны Атлантического океана и разделенных ныне многими тысячами километров. Используя геологическое описание горных хребтов юга Аргентины и Капских гор Южной Африки, А. Вегенер показал, что существует идентичное строение пластов горных пород этих очень отдаленных в настоящее время друг от друга геологических объектов. Одинаков у них и состав сравнительных пластов. Анализ гранитных массивов Бразилии и Африки также свидетельствует об их прежнем единстве.
Палеонтологические и биологические аргументы прежде всего касались общности некоторых вымерших рептилий и ископаемых ракообразных для упоминавшихся выше материков Южного полушария Земли. Много внимания уделил А. Вегенер сбору и систематизации данных о современном распространении организмов, характерных для южных континентов: червей, двустворчатых моллюсков и т.д. На основе этих данных А. Вегенер составил серию схем распространения ископаемой и современной фауны и флоры, подтверждавших единство континентов Южной Америки и Африки в прошлом.
Таким образом, автору гипотезы о дрейфе континентов удалось собрать воедино и заново осмыслить целый ряд разрозненных до того фактов. Это и позволило, в конечном итоге, А. Вегенеру прийти к выводу о том, что первоначально все континенты были собраны воедино в виде огромного материка Пангеи, который омывался водами единого для всей Земли океана. В дальнейшем, по мнению А. Вегенера, Пангея, сложенная гранитной корой, под влиянием сил вращения Земли на рубеже палеозойской и мезозойской эр (250-200 миллионов лет назад) раскололась на отдельные блоки – современные материки, которые как бы стали «плавать» по более плотным породам мантии.
Однако эти образования двигались с различной скоростью, что и привело к распаду суперматерика. Пангея стала распадаться на фрагменты, которые совершали дальнейшее движение по индивидуальным траекториям. Перед передним краем скользящих континентальных масс вещество сминалось в складки с образованием горноскладчатых сооружений, а в тыловой части возникали впадины и прогибы.
Понятно, что в гипотезе дрейфа материков было много недосказанного и неподтвержденного: не было зафиксировано перемещение континентальных масс, не установлены причины дрейфа и основные перемещающиеся силы.
В связи с этим в 1930 году А. Вегенер в очередной раз отправился в Гренландию с надеждой найти там доказательство своей гипотезы. В частности, он рассчитывал повторно измерить координаты острова. Если оказалось бы, что они изменились после ранее выполненных замеров, то он был бы прав. К сожалению, это была последняя экспедиция ученого. Первого ноября 1930 года в день своего пятидесятилетия А. Вегенер погиб.
Нужно сказать, что противники А. Вегенера были очень активны, напористы и умело использовали все слабые стороны его гипотезы, поэтому вслед за стремительным успехом довольно скоро для нее наступил кризис. В конце 1920-х годов некоторые геофизики стали называть гипотезу ученого «дикой фантазией». Они получили большое число фактов и физических противоречий в цепи логических доказательств перемещения материков. Это позволило им обосновать несостоятельность способа и причин дрейфа материков, в связи с чем к началу 1940-х годов гипотеза А. Вегенера растеряла почти всех своих сторонников. Более того, к 1950-м годам большинству геологов казалось, что гипотеза движения континентов должна быть окончательно «отброшена» и ее можно рассматривать только как один из исторических парадоксов науки, не получивших подтверждения и не выдержавших проверку временем.
Однако через сорок лет после этого на Токийской объединенной океанографической ассамблее большинство ведущих геологов и геофизиков вновь решительно высказалось в пользу идеи дрейфа материков. Этому в немалой степени способствовали следующие обстоятельства…
С середины XX века ученые начали исследовать рельеф и геологию океанического дна, а также физику, химию и биологию океанических вод. Морское дно стали прощупывать многочисленными приборами. Расшифровывая записи сейсмографов и магнитометров, геофизики получали новые факты. Было установлено, что многие горные породы в процессе образования приобретали намагниченность в направлении существующего в данный момент времени геомагнитного поля. В большинстве случаев эта остаточная намагниченность сохраняется без изменения многие миллионы лет.
Изучение остаточной намагниченности горных пород привело к двум фундаментальным открытиям. Во-первых, было установлено, что в истории Земли намагниченность менялась многократно – от нормальной, то есть соответствующей современной, до обратной. Во-вторых, при изучении колонок грунта (лав), залегающих по обе стороны от срединно-океанических хребтов, была обнаружена определенная симметрия. Это явление получило название полосовой магнитной аномалии. Симметричные по отношению к хребтам аномалии, как выяснилось, имеют один и тот же возраст, который увеличивается при приближении к материкам. Можно сказать, что полосовые магнитные аномалии представляют собой как бы «записи» инверсий, то есть изменений в прошлом направления магнитного поля Земли.
Это обстоятельство позволило высказать предположение, которое многократно было подтверждено в последствии, что частично расплавленное мантийное вещество поднимается на поверхность по трещинам и через рифтовые долины, расположенные в осевой части того или иного срединно-океанического хребта. Оно растекается в противоположные стороны от оси хребта и при этом как бы растаскивает, раскрывает океаническое дно. Полосовые магнитные аномалии океанического дна оказались наиболее удобной информацией для установления эпох изменения полярности геомагнитного поля в далекие прошедшие времена.
Одним из важных феноменов палеомагнитных исследований была несовместимость положения древних и современных магнитных полюсов. При попытке совместить их каждый раз требовалось «передвигать» континенты. Примечательно и то, что при «совмещении» позднепалеозийских и раннемезозийских магнитных полюсов с современными континенты «сдвигались» в один огромный материк, очень похожий на Пангею.
Подводя итоги вышесказанному, можно констатировать, что открытие первичной намагниченности, полюсов магнитных аномалий с переменным знаком, симметричных осям срединно-океанических хребтов, изменения положений магнитных полюсов со временем и целый ряд других открытий привели к возрождению гипотезы А. Вегенера.
Возрожденная гипотеза дрейфа материков получила со временем название тектоники литосферных плит, которые медленно перемещаются по поверхности нашей планеты. Толщина литосферных плит меняется от 100 до 120 километров, хотя в большинстве случаев составляет 80-90 километров. Общее количество таких плит невелико: восемь крупных и около полутора десятков мелких (микроплиты). Две крупные плиты расположены в пределах Тихого океана и представлены тонкой и легко проницаемой океанической корой. Другие громадные плиты: Антарктическая, Индо-Австралийская, Африканская, Северо-Американская, Южно-Американская и Евразийская – обладают корой континентального типа.
В тех случаях, когда плиты расходятся, в образующуюся при этом трещину (рифтовую зону) поступает мантийное вещество. Оно застывает на поверхности океанического дна и наращивает соответствующую кору. Новые «порции» мантийного вещества расширяют рифтовую зону, что заставляет литосферные плиты двигаться. На месте из раздвига образуется океан, размеры которого постоянно увеличиваются.
Когда литосферные плиты сходятся, то в зоне их сближения происходят очень сложные процессы, из которых можно выделить два главных. В первом случае, когда океаническая плита сталкивается с другой океанической или континентальной, она погружается в мантию. Процесс этот сопровождается короблением и разламывай ием, а в самой зоне погружения возникают глубинные землетрясения. Во втором случае, когда сталкиваются две континентальные плиты, возникает эффект типа торошения. Он, как известно, наблюдается во время речного ледохода, когда льдины сталкиваются и раздробляются, надвигаясь друг на друга. Поскольку земная кора континентов значительно легче, чем мантия, то плиты не погружаются в мантию. При столкновеним они сжимаются и на их краях возникают крупные горные образования.
Многолетние наблюдения позволили ученым установить средние скорости перемещения литосферных плит. Так, например, в пределах Альпийско-Гималайского пояса сжатия, который образовался в результате столкновения Африканской и Индостанской плит с Евразийской, скорости сближения составляют от 0,5 сантиметра (в районе Гибралтара) до 6 сантиметров в год (на Памире и в Гималаях). Оказывается, что в настоящее время Европа «отплывает» от Северной Америки со скоростью до 5 сантиметров в год, в то время как Австралия «уходит» от Антарктиды с максимальной скоростью, составляющей около 14 сантиметров в год. Однако наиболее «высокими» скоростями перемещения обладают океанические литосферные плиты, поскольку их скорость в 3-7 раз выше скорости континентальных литосферных плит.
Таким образом, за короткое время своего существования (с конца 1960-х годов) теория тектоники литосферных плит, провозглашенной «новой глобальной тектоникой», сумела объяснить природу практически всех главных процессов, развивающихся в Земле, включая образование океанической и континентальной коры, дрейф материков, природу магматизма, происхождение складчатости и горных поясов Земли, формирование рифтовых зон, краевых (предгорных) прогибов, динамику зон растяжения (спрединга) литосферных плит и целого ряда других процессов.
Полученные результаты значительно расширили первоначальные рамки теории тектоники литосферных плит и фактически превратили ее в настоящее время в наиболее общую геологическую теорию глобальной эволюции нашей планеты.
ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ПУЛЬС ПЛАНЕТЫ
Сейсмичность и вулканизм
Странное дело, но порой кажется, что на нашей планете что-то разладилось. Будто из рога изобилия сыплются на нее стихийные бедствия. В конце 1994 года и начале 1995 произошла, видимо, глобальная вспышка сейсмической активности. Началом этого процесса явилось землетрясение, которое камня на камне не оставило от поселков на Южных Курилах, а затем – от японского города Кобе. После такой «встряски» подземные толчки в 3-5 баллов, потревожившие позже Камчатку, Германию, Иркутскую область и крайний северо-запад США в районе Сиэтла, сошли за «детский аттракцион». Но это была только передышка: в начале 1995 года последовал новый «нокаутирующий удар» по сахалинскому Нефтегорску… Исчез практически с лица земли город, погибло большое число его жителей…
С той поры прошло несколько более или менее спокойных лет, и вот снова, в 1999 году, мощнейшие землетрясения, унесшие тысячи человеческих жизней, потрясли западный берег Турции и китайский остров Тайвань… А что нас ждет в ближайшее время? Ведь, нет-нет, да и происходят различной силы землетрясения в Греции, Турции, Японии…
Да, люди с глубокой древности достаточно хорошо знакомы с землетрясениями, то есть проявлениями внутренних, эндогенных процессов в недрах нашей планеты. Они всегда относились к ним с большими опасениями, так как вместе с извержениями вулканов, наводнениями, тайфунами и ураганами все эти явления вызывали сильные разрушения и уносили буквально тысячи и тысячи человеческих жизней.
При землетрясениях в городах, например, сильно вибрируют и рушатся здания. Замыкания в электросетях и повреждения газовых магистралей приводят к возникновению пожаров на обширных площадях. Рыхлые осадочные породы при землетрясениях оползают и оседают. Особенно опасны оползни и обвалы в горах и холмистой местности. В приморских районах возникает еще одна опасность – появление гигантских волн-цунами. Они образуются в результате «моретрясений», затем пересекают океаны и моря, после чего обрушиваются на прибрежные города и поселения, сокрушая все на своем пути.
Сила землетрясений и «моретрясений» обычно регистрируется по 12-балльной шкале Меркалли. С удалением от эпицентра сила подземных толчков уменьшается. Сотрясения в 7 баллов могут вызывать большие разрушения в эпицентре. Обычно обширные разрушения, как показывает опыт, вызываются землетрясениями, сила которых превышает 7 баллов.
Землетрясения приводят не только к сильным разрушениям, они порождают всевозможные выбросы ядовитых веществ из земли, наводнения, а также уничтожают сельскохозяйственные угодья. В зонах сейсмической опасности (в областях максимальных тектонических напряжений) в период накопления напряженности, а кроме того, во время свершения самого процесса землетрясения, возрастает эманация радона и других газов, которые, накапливаясь постепенно в недрах, вредно воздействуют на человеческий организм.
Наиболее мощные и многочисленные сейсмически активные области располагаются вдоль побережий Тихого океана, островных дуг и глубоководных желобов. Здесь по линии глубинных разломов земной коры происходит до 90 процентов землетрясений. Всего только около 5 процентов всех землетрясений связано с зонами растяжения, возникающими вдоль обширной системы подводных срединно-океанических хребтов. Это места подъема базальтовой магмы из недр, которая периодически раскалывает океаническую кору, что приводит к появлению продольных разрывов.
Разрывы, приводящие к землетрясениям, возникают также в зоне так называемых трансформных разломов, которые рассекают срединно-океанические хребты поперек и постепенно смещают отдельные участки морского дна на различные расстояния. Примером такого разлома на суше может являться разлом Сан-Андреас в севере-американской Калифорнии.
Согласно статистическим данным, начиная с 856 года от землетрясений погибло на Земле почти 4 миллиона человек. По данным ЮНЕСКО, с 1950 по 1970 год в среднем ежегодно погибало около 10 тысяч человек, а с 1970 по 1985 год эта цифра достигла 20 тысяч человек. Но бывают и в наши дни просто катастрофические годы: так, в 1976 году от одного только землетрясения в Китае погибло более 600 тысяч человек.
На нашей планете существуют два пояса, с которыми связано большинство разрушительных землетрясений, – Тихоокеанский и Альпийско-Гималайский. Тихоокеанский пояс протягивается от Чили к Центральной Америке, образуя дугу в Карибско-Антильской области, проходит через Мексику, Калифорнию, Алеутские острова, охватывает полуостров Камчатку, Курильские острова, Японию, Филиппины, Индонезию и Новую Зеландию. Складчатый Альпийско-Гималайский пояс включает в себя горные сооружения Испании, юга Франции, Италии, Югославии, Греции, Турции, юга бывшего Советского Союза (Карпаты, Крым, Кавказ, Памир), Ирана, севера Индии и Бирмы.
Именно в этих вышеперечисленных районах происходили десятки разрушительных землетрясений. Достаточно перечислить лишь некоторые из них: катастрофическое землетрясение в Китае (Ганьсу и Шэньси) в 1566 году, когда погибли 800 тысяч человек; калькуттское землетрясение в Индии (1737 год) – 300 тысяч погибших; ашхабадское землетрясение (1948 год) – погибли 110 тысяч человек; спитакское землетрясение в Армении (1988 год), унесшее более 25 тысяч человеческих жизней.
Итак, мы выяснили, что разрушительные землетрясения в основном происходят на окраинах континентов и в вулканических поясах. Однако на Земле есть места, где, казалось бы, не должно быть землетрясений, например, Северная Африка и Восточная Сибирь, Западная Европа и т.д. На самом деле все эти области являются очень активными в сейсмическом отношении. Почему?
Ответ можно найти, если внимательно вникнуть в теорию доктора геолого-минералогических наук, заведующего кафедрой геологии Российского университета Дружбы народов Е. Долгинова. Оказывается, подземные толчки значительной силы запросто могут потревожить не только такие районы, как Германия и Алжир, но и соседнее с нами государство Украину (район южнее Харькова), пролив Ла-Манш, остров Калимантан…
Поделиться книгой: