Суть гипотезы Вегенера о перемещении континентов достаточно проста: до каменноугольного периода (около трехсот миллионов лет назад) на земном шаре существовал единый материк, омываемый единым океаном. Материк этот раскололся. Отдельные части его расплылись (дрейфуя, как льдины) по поверхности планеты. Они образовали современные континенты. Плотная земная кора, слагающая их, перемещалась по еще более плотной мантии Земли, подобно айсбергам в море, только несравненно медленней.
Прошло более полувека с той поры, когда Вегенер выдвинул и обосновал свою гипотезу. Вокруг нее не прекращаются споры ученых. За последние годы в связи с полученными новыми данными о строении океанической и континентальной земной коры и о положении полюсов в прошлые геологические эпохи интерес к проблеме движения материков заметно возрос.
В одной из поздних работ о дрейфе материков, принадлежащей перу японских геофизиков, говорится: «Мы, авторы этой книги, в настоящее время вовсе не убеждены, что теория континентального дрейфа правильна. Мы только полагаем, что многие открытия, сделанные в последние несколько лет, свидетельствуют в пользу этой теории».
Почему так схожи береговые линии Атлантического океана (в частности, западное побережье Африки и восточное Южной Америки) ? Почему горные цепи приуро-
чены к западным оконечностям обеих Америк, оконтуривают с востока Австралию (Новая Гвинея, Новая Зеландия), а в Евразии тянутся с запада на восток (Альпы, Кавказ, Гималаи)? Почему острова в океанах расположены гигантскими дугами (Японские, Курильские)? Почему обнаруживается явное сходство в геологическом строении атлантических побережий Северной Америки и Западной Европы, Южной Америки и Африки, а также побережий Индии, Мадагаскара и Южной Африки? Почему следы древнего (250—300 млн. лет назад) оледенения прослеживаются на юге Южной Америки и Африки, в Индии и на юге Австралии, как бы объединяя эти территории?
Все эти загадки чрезвычайно просто объясняются гипотезой Вегенера. При условии постепенного расширения Атлантического океана — гигантской трещины, разделяющей материки, — берега его должны в общем сохранять сходство внешнее и «внутреннее» геологическое. «Если два куска газеты, — предлагают хорошее сравнение японские ученые, — можно приблизительно подогнать друг к другу разорванными краями, из этого еще рано делать вывод, что раньше они должны были составлять единый лист... Но представьте себе, что через разорванные края газеты продолжаются, сохраняя смысл, печатные строки... Тогда уж не будет сомнения, что куски эти — от одного газетного листа. В случае материков печатным строкам соответствуют геологические структуры». Некоторые из структур Британских островов и Канадских Аппалачей, Капских гор Африки и бразильских сиерр, африканских и южноамериканских плоскогорий обнаруживают замечательное сходство, словно они не разделены обширнейшей впадиной Атлантики, словно это действительно одни и те же строки разорванного газетного листа.
Передние
края движущихся континентов сминаются в гигантские складки, испытывая сопротивление океанического дна (Кордильеры, Анды) или надвигаясь один на другой (Альпы, Атлас, Гималаи). А островные дуги — это отставшие участки суши, не успевающие за движением континентов...
Нельзя сказать, что без гипотезы Вегенера упомянутые выше факты не находят себе объяснения с других теоретических позиций. Например, горообразование связывают с вертикальными движениями земной коры, широтные полосы горных цепей — с существованием «критических параллелей», где как бы разряжаются напряжения, накопленные в теле планеты под действием внешних сил (притяжение Луны и Солнца, изменения скорости вращения Земли вокруг своей оси и т д.). Однако гипотеза Вегенера обладает подкупающей простотой и универсальностью. Поначалу она встретила поддержку со стороны многих известных геологов.
На специальном симпозиуме в 1928 году геологи всесторонне обсудили гипотезу и пришли к заключению, что, несмотря на целый ряд серьезных возражений, пет оснований для отказа от нее. В целом гипотезу признали перспективной. А спустя немногим более десяти лет теорию дрейфа континентов полностью развенчали и заклеймили как необоснованную фантазию Вегенера. Почему так произошло?
Некоторые научные идеи требуют не только отказа от каких-либо существующих гипотез или теорий. Они затрагивают общепринятое научное мировоззрение. А мировоззрение ученых, как известно, связывают воедино и факты, и идеи, объясняющие их, и философские концепции, политические и религиозные взгляды. Иногда значение новых научных гипотез перерастает рамки науки. Так было с гелиоцентрическими воззрениями (Бруно, Галилей) и с эволюционным учением Дарвина. В таких случаях противники новых идей подчас не утруждают себя кропотливым и объективным научным анализом. Они прибегают к ссылкам на непререкаемые авторитеты или традиции, подменяя метод научного исследования, основанный на фактах и логике, методом, опирающимся на веру. Подчас идею относят к разряду «ненаучных» или «антинаучных». Не избегла подобных обвинений и гипотеза Вегенера.
Привычные научные истины окаменевают подобно догмам. Новые идеи способны поразить воображение своей парадоксальностью. Нелегко, скажем, представить себе пластичной, а тем более жидкой нашу надежную земную твердь, хотя в настоящее время для геофизиков нет сомнения, что при достаточно сильных и длительных воздействиях любая горная порода начинает проявлять свойства вязкой жидкости. Конечно, об этом знали многие ученые и во времена Вегенера, Но эти факты они не вводили в круг своих идей о строении и жизни Земли, в свое научное мировоззрение.
И все-таки у противников гипотезы дрейфа континентов имеется немало веских аргументов. При детальном анализе оказывается, что доводы в пользу движения материков не столь уж убедительны. Даже сходство геологического строения атлантических побережий Африки и Южной Америки (аналогия с разорванным газетным листом) не может служить подтверждением гипотезы. Австралийский геолог А. X. Войси предложил сопоставить восточные берега Австралии и Северной Америки. Никому из ученых не придет в голову мысль о том, что эти территории некогда располагались по соседству. А сходство очертаний берегов и геологического строения у них весьма значительное. Доказывает это лишь то, что в разных местах земного шара отдельные районы развивались, подчиняясь одинаковым закономерностям.
Практически ни один из доводов сторонников дрейфа континентов не выглядит бесспорным. Известный советский геолог В. В. Белоусов пишет: «...в свете современных научных данных вся основа гипотезы Вегенера неприемлема». И продолжает: «...колебательные движения земной коры, ее поднятия и опускания, являются основным типом тектонических движений. Но где эти движения в гипотезе Вегенера? Что говорит эта гипотеза о разделении земной коры на геосинклинали и платформы, о периодичности тектонических движений? Дает ли она возможность объяснить складчатость во всем ее разнообразии?..»
Увлечение гипотезой Вегенера привело к тому, что с помощью ее стали пытаться объяснять самые различные геологические явления. Ее захотели сделать как бы ключом для всех дверей. Ею попробовали заменить некоторые другие теории. Когда эти претензии не оправдались, ученые поспешили отказаться от нее вовсе.
Обновление гипотезы Вегенера за последние двадцать лет в значительной мере связано с развитием техники и методики геологических исследований. Изучение магнитных свойств горных пород позволило уточнить изменение положения полюсов Земли за геологическую историю. Получены новые подтверждения того, что в прошлом материки объединялись воедино или по крайней мере составляли два гигантских континента.
Однако и тут не так все просто. Американский ученый Б. Хизен, изучающий геологию океанов, пришел к выводу: «По-видимому, почти невозможно увязать наблюдаемый фактический рельеф морского дна с гипотезой перемещения материков посредством общего бокового дрейфа. В то же время происхождение этого рельефа можно довольно легко объяснить при помощи гипотезы смещения континентов за счет внутреннего расширения земного шара».
Особые трудности возникают при поисках тех сил, которые могли бы разорвать и передвинуть материки. Наибольшей, пожалуй, популярностью пользуется гипотеза о том, что силы эти связаны с течениями вещества мантии, подстилающей земную кору. Эта гипотеза — обычная попытка объяснить одно загадочное явление (дрейф континентов) другим, не менее загадочным (восходящими и нисходящими потоками очень плотного и вязкого вещества земных недр, недоступных непосредственному наблюдению). То же можно сказать и по поводу новой модификации гипотезы Вегенера — глобальной тектоники плит. Согласно этой идее, земная кора раздроблена на несколько гигантских плит, которые могут раздвигаться или наползать одна на другую. Дрейф континентов и тем более наползание одной плиты на другую нельзя объяснить действием сил, связанных с вращением Земли: континенты расползаются в разные стороны — по направлению вращения и против него. Вновь приходится прибегать к гипотезе течений в мантии.
От смелых идей Вегенера делаются шаги к еще более смелым (хотя и значительно менее убедительным) предположениям о расширении Земли (или другой вариант— расширение ядра Земли) и о глубинных потоках вещества. Одно из наиболее ценных качеств почти всех новых идей состоит в том, что они раскрепощают научную мысль, пробуждают к жизни необычайные гипотезы. Не всем им суждено остаться в науке. Однако без них, без широких и свободных научных исканий вряд ли можно рассчитывать на успехи в познании природы.
Непримиримость нескольких конкурирующих концепций нередко только кажущаяся. Бурные дискуссии лишь усугубляют противоречия. Нередко даже противоположные взгляды могут быть объединены в пределах более общей точки зрения, обобщающей теории. Так случилось, например, с идеями расширения и сжатия Земли.
Появилась пульсационная гипотеза о периодических «спазмах» планеты — то сжатие, то расширение. Высказанная в начале нашего века, эта гипотеза сейчас развивается некоторыми геологами и географами. Как показали непосредственные замеры, горные породы даже на сравнительно небольших глубинах испытывают сильные горизонтальные напряжения, обычно в несколько раз превышающие те напряжения, которые должны возникать от веса вышележащих слоев. Отсюда делается вывод о преимущественном сжатии земной коры в современную эпоху (уменьшение радиуса Земли).
Для нашей модели круговоротов литосферы напряженное состояние земной коры с мощными горизонтальными силами вполне естественно. Но это не может свидетельствовать против, скажем, пульсационной гипотезы. Нельзя отрицать воздействия на планету целого ряда космических сил, нельзя забывать и о своеобразной жизни глубоких недр. Однако для нашей модели ни внутренние, ни космические силы не определяют жизни земной коры (хотя и дают необходимую для этой жизни энергию).
Земная кора в Атлантике до сих пор испытывает растяжение, и это говорит в пользу «разбегания» Евразии с Африкой и двух Америк. Одновременно, казалось бы, должна сужаться чаша Тихого океана. Правда, этому противоречит существование многие миллионы лет Берингова пролива (он служил как бы «подъемным мостом», пропускающим время от времени животных, а позже и людей из Старого Света в Новый Свет и обратно. Об этих миграциях убедительно свидетельствуют палеонтологические и археологические материалы). Значит Северная Америка, удаляясь от Европы, не приближается к Азии.
Если чаша Тихого океана оставалась более или менее стабильной, то как тогда объяснить очевидные свидетельства дрейфа континентов и продолжающегося расширения Атлантики?
Определения абсолютного возраста пород дна Атлантического океана показывают, что в обе стороны от рифтовой зоны океаническая кора «стареет» по направлению к континентам. Атлантический рифт живет около 300 млн. лет.
Формирование мощной толщи континентальной коры сопровождается увеличением амплитуды не только поверхностного рельефа, но и подземного рельефа поверхности астеносферы. Расчлененность низов земной коры должна достигать максимального размаха — с амплитудами, в 5—8 раз превышающими колебания рельефа поверхности.
Что же в таком случае должно происходить с базальтовым слоем, обволакивающим весь земной шар? Под континентом с его сложным подземным рельефом и увеличивающейся площадью нижней поверхности земной коры базальтовая «мембрана» будет смята, натянута. Круговороты литосферы будут стремиться затягивать массы базальтового слоя под континент.
Подобным горизонтальным натяжением базальтового слоя можно объяснить существование незаживающей «раны» Атлантического рифта. Формирование континентальной коры на окраинах американских континентов, Европы и Африки и. увеличивающаяся здесь расчлененность подземного рельефа земной коры постоянно растягивают и обновляют океаническую кору Атлантики, подминая «базальтовый» слой под континенты.
Две половины нашего идеального континента, после того как их расчленила и несколько раздвинула рифтовая зона, должны и дальше расплываться. «Полуконтиненты» будут накатываться на океаническую кору, перемещаясь, словно чудовищные амебы. На древних, обращенных к океану окраинах подземные круговороты литосферы начнут наползать на базальтовый слой подобно тракторным гусеницам.
Образовавшиеся на месте разрыва молодые окраины сложены инертными частями расколовшейся платформы с маломощной корой и небольшими градиентами наземного и подкорового рельефа. Здесь могут и вовсе не работать круговороты литосферы, и поэтому активный край полуконтинента будет тянуть, словно баржу, ее пассивную часть. Например, в Северной Америке, в районе континентального склона между Новой Англией и Флоридой, где слой современных осадков тонок, а ниже лежат отложения неогенового, палеогенового, мелового возраста, нет, по-видимому, следов действующего круговорота литосферы. А южнее, там, где Миссисипи активно выносит и отлагает осадки, картина совершенно иная. Здесь сформировалась зона круговорота земной коры. Этим можно объяснить аномалии геологического строения дна Карибского моря и Мексиканского залива: крупные деформации фундамента; мощный слой осадков, лежащих непосредственно на базальтовом слое; низкие отметки морского дна, крутые уступы склонов и т. д.
Возможно, существование зоны круговорота литосферы на восточном побережье Центральной Америки привело к созданию здесь островных дуг и внутренних морей, напоминающих активное восточное побережье азиатской плиты. Некоторое отставание этой зоны (при активном западном дрейфе Северной Америки) и отчленение на западе полуострова Флорида можно объяснить противодействием восточного круговорота и связанными с этим повышенными силами растяжения континентальной плиты в Центральноамериканской зоне.
На нашей модели вновь образованные полуконтиненты сначала раздвигаются, можно сказать, не сходя с места, за счет увеличения мощности континентальной коры в том «тонком месте», где она порвана. В дальнейшем эта горизонтальная составляющая сходит на нет. Решающее значение приобретает эффект наползания континента на древнюю океаническую плиту (с помощью механизма окраинного подземного круговорота).
Выходит, что там, где молодая континентальная кора наиболее активна, океаническая (древняя) пассивна, а там, где пассивна древняя континентальная кора (на месте раскола континента), исключительную активность приобретает молодая кора океанического типа. Именно эта закономерность отмечается для Земли, и о ней мы уже упоминали.
Некоторые ученые пробовали привлекать силы эрозии и процесс осадконакопления для объяснения дрейфа .континентов. Последователь А. Вегенера южноафриканский геолог Дю Тойт предположил, что накопление осадков на окраине континента в геосинклинальной зоне, увеличивая вертикальные нагрузки на край континента, вызывает перемещение континентальных масс в сторону океана. Континент растягивается и раскалывается, наконец, а вторгающаяся в разломы магма раздвигает две его половины.
О надвигании континентов на океаны сравнительно недавно писал новозеландский ученый Эвисон. Он уподобил сползание континента движению ледника, у которого придонная часть передвигается медленнее, чем -вышерасположенные массы, отчего лед накатывается на свое ложе, как бы закручиваясь, подворачивая свои края (так растекается тесто по столу). По мнению Эвисона, такое движение континентов подтверждается измерением палеомагнетизма пород.
О своеобразии движений в литосфере писал еще в конце прошлого века американский ученый Л. Даттон. Он предположил, что изостатические движения должны приводить к оттоку вещества низов земной коры. Эту идею поддержали некоторые авторитетные геологи. Так, например, описывает ее французский геолог А. Кайе: «...в областях, где нижняя часть коры достаточно текуча, и только там могло бы происходить перемещение вещества из-под океана к соседнему материку. Таким образом, перемещение здесь совершалось бы под твердую часть коры, которая стремилась бы под давлением образовать складки в тех местах, где она наиболее пластичная, а следовательно, наиболее разогретая и мощная, т. е. в краевых геосинклиналях. Эта гипотеза хорошо объясняет местоположение складчатых хребтов вдоль материков... В таком случае вещество следует по замкнутому кругообороту: размыв на материках — перенос — осадконакопление на дне океанов и у побережья — «перестройка» осадков в кору — новый размыв на материках».
Вспомним, кстати, идеи советского вулканолога Е. К. Мархинина о громадной роли вулканических излияний в фомировании земной коры. По его подсчетам, массы вулканических пород, изверженных за геологическую историю, превышают массу земной коры. Однако о соотношении вулканических масс и осадочных можно судить и по современному распространению пород. Осадочных пород как будто значительно больше, чем вулканических. Если еще подсчитать скорость их отложения, то получится, что масса осадочных пород, накопленных за геологическую историю, в несколько раз превышает массу земной коры. Парадоксально огромные количества вулканических и осадочных пород, получаемые из расчетов, можно объяснить лишь существованием круговоротов литосферы, которые многократно перерабатывают и вулканические и осадочные породы. Весь этот материал идет в подземную переплавку (при> участии подкоровых масс) и выступает на поверхность в зонах поднятий в виде областей широкого развития метаморфических и изверженных пород.
Подсчеты объемов осадков, сносимых с континентов в разные эпохи, сделанные А. Б. Роновым и др., показывают, что за время с начала девонского периода до конца юрского (около 250 млн. лет) с суммарной площади материков (86 млн. кв. км) было снесено (на площади 46 млн. кв. км) около 194 млн. куб. км осадков. Если средняя высота суши прежде была такой же, как теперь (875 м), то объем ее до уровня моря составит при общей площади материков 150 млн. кв. км около 131 млн. куб. км. Значит, объем снесенного материала на 63 млн. куб. км превысил объем надводной части материка. Материк должен был срезаться до глубины 425 м ниже уровня океана.
Подобные подсчеты для последних 200 млн. лет проведены А. А. Прониным. Для Азии, например, получились такие цифры: площадь — 43,5 млн. кв. км, средняя высота — 950 м, объем до уровня океана — 41,3 млн. куб. км; площадь областей размыва — около 29 млн. кв. км, а областей осадконакопления — 14,5 млн. кв. км; объем осадков — 73 млн. куб. км.
Механизм геосфер должен был срезать области размыва на глубину 2,5 км и заполнить области осадконакопления пятикилометровой толщей. И если Азия сохранила свое «возвышенное» положение, то только за счет изостатических и компенсационных (изодинамических) движений земной коры и существования круговорота литосферы.
Обратимся к данным геоморфологии. Между континентальными плитами и океанами существует переходная зона — континентальный склон, средняя ширина которого около 50 км. Специалист по морской геологии Г. У. Менард пишет: «Основным средством транспортировки материала служат суспензионные потоки. За исключением некоторых районов осадки не разносятся на большие расстояния от материков».
Общая протяженность всех береговых линий континентов — порядка 400 тыс. км. Из них около половины активно разрушаются. При средней ширине зоны аккумуляции 50 км площадь ее составит 1 млн. кв. км.
Общий годовой снос материала с континентов достигает 20 млрд. т (по некоторым данным, он больше, по другим — меньше). Следовательно, накопление в приконтинентальной полосе — в среднем (возможно, с некоторым завышением) около 2 тыс. т на 1 кв. км, или 2 кг на 1 кв. м в год. Это соответствует весу столба воды высотой 0,2 см. Величина незначительная. Но тут сказывается особенность масштабов геологического времени. Она для жизни континентов приобретает очень большое значение: за миллион лет — 200 тыс. см (2 км); за 300 млн. лет — 600 км.
Если сопоставить эти данные с действительностью, результат как будто в первом приближении удовлетворительный. Ведь круговороты литосферы идут далеко не повсеместно на побережьях и захватывают лишь зоны активного проявления механизма геосфер, в частности океанические дуги, подчеркнутые линиями глубоководных желобов, вулканических поясов и прибрежных горных систем. Здесь наиболее велик размах рельефа и сокращена переходная (континент — океан) зона. Можно ожидать, что скорость круговоротов литосферы в активной зоне значительно выше нашей осредненной величины.
Накопление материала у основания континентального склона и наличие здесь прогиба предполагают компенсационное поднятие области океанической плиты за прогибом и снос отсюда обломочного материала в желоб. На многих профилях дна океана наблюдается именно такая картина.
Существованием круговорота литосферы наиболее просто и правдоподобно можно объяснить целый ряд характерных особенностей строения океанических и континентальных плит, а также переходной зоны.
Вот, например, описание известного специалиста по геоморфологии и геологии океанов О. К. Леонтьева: «Резкий градиент скоростей сейсмических волн в верхней части разреза земной коры в зоне материкового склона истолковывается как признак сброса или системы сбросов, по которым происходит погружение осадочного и гранитного слоев в зоне материкового подножия. Рыхлые осадки и сцементированные осадочные породы приобретают здесь огромную мощность (до 10 км), а гранитный слой утончается и имеет вогнутую поверхность». Он соглашается с мнением Ф. Шепарда о сбросовом характере материкового склона и подчеркивает сходство материкового подножия, загруженного массой оползших осадков, с предгорным шлейфом, характерным для горных стран суши.
Все как будто говорит за то, что здесь идет не просто прогибание и накопление осадков, но и подземный их отток. В противном случае все склоны давно бы выположились, а глубоководные желоба снивелировались. Можно добавить вывод Д. Уэрзела: «Установлено, что если в этой переходной области блок шириной 50—100 км опускается на 2—4 км в результате сбросов или сочетания сбросов и флексуры, то возникает рельеф океанического желоба и связанная с ним отрицательная гравитационная аномалия. Сопоставление таких элементов с существующими в настоящее время желобами указывает на поразительное сходство между ними». Надо только добавить, что опущенный блок — это зона устойчивого прогиба с постоянным обновлением накапливаемого материала. Подобные зоны сейчас принято объяснять (по гипотезе плит) надвижением континентальной плиты на океаническую, хотя специально исследовавший океанические желоба американский геолог Д. Шор отметил, что здесь «смятий осадков или надвигов не наблюдается». Имеется мнение, что углубление желобов вызвано силами растяжения коры, хотя в этом случае надо было бы ожидать строение желобов, подобное рифтовой зоне (вдобавок — с вулканическими процессами), а этого нет.
Интерпретация геологических профилей через океанические островные дуги или континентальный склон значительно упрощается, если признать существование круговоротов литосферы. Можно проанализировать с этих же позиций расположение активных континентальных склонов и островных дуг. Получает объяснение их ритмический, волнообразный характер. По-новому видится происхождение на континентах гигантских кольцевых структур (до сих пор убедительно не объясненных), очень похожих на зоны «всплывания» восходящей ветви круговорота. Круговороты литосферы должны предопределять сложнейшую складчатость горных стран с гигантскими горизонтальными сдвигами, надвигами, запрокидыванием складок, интрузиями.
На платформенных областях континентов ниже осадочного слоя залегают породы кристаллического фундамента — метаморфизованные, гранитизированные, разбитые разломами, перемятые. Прошли через горнила недр отложения докембрия возрастом более 600 млн. лет. По-видимому, все они были переработаны (в ряде случаев неоднократно) круговоротами литосферы в период формирования крупных континентальных плит (или одной плиты «Пангеи»). Скорости механизма круговорота литосферы вполне достаточны, чтобы за 2—3 млрд. лет не раз переработать такую массу вещества. В дальнейшем шла консолидация и утончение платформенных областей, и только изредка окраинные круговороты вовлекали отдельные участки этих территорий в свое движение.
Очень возможно, что сползание окраин континентов в океан происходит не только вследствие гравитационных сил, как это предполагал Дю Тойт, но и под давлением восходящих ветвей круговорота литосферы, с одной стороны, и нисходящих — с другой, создающих условия для нарушения равновесия осадочных толщ близ материкового склона.