Катастрофы: неистовая Земля

В истории Земли есть одно странное совпадение: до каменноугольного времени, по гипотезе Вегенера, материки были единым целым - Пангеей. Примерно с середины каменноугольного периода началось их расползание. Тогда же началась великая ледниковая эпоха, закончившаяся много миллионов лет спустя, в пермском периоде.
Что это: случайное совпадение или закономерная взаимосвязь явлений? Современная Антарктида имеет несколько характерных черт. Она почти сплошь покрыта ледовой шапкой, достигающей в центральных частях мощности 4,5 км. Под давлением льда континент испытал изостатическое опускание. Поверхность подледного рельефа находится в настоящее время преимущественно ниже уровня океана. Очевидно, до образования ледников этого не было, так как в противном случае не могли бы сформироваться многие ныне мощные ледниковые купола; они бы постоянно разрушались морем, как это происходит на приантарктических островах или на островах Арктики.
Антарктида в настоящее время, несмотря на пригрузку ледниковым щитом и изостатическое погружение на 1-1,5 км, не оконтурена ясно выраженным поясом компенсационного поднятия морского дна. Возможно, это связано с тем, что сравнительно недавно антарктический ледяной покров был гораздо большим и захватывал практически весь континент, который при этом опустился, образовав вокруг зону компенсационных поднятий (до оледенения континент должен был в общем воздыматься под действием эрозионных сил, а прилегающие к нему впадины - опускаться с соответствующим накоплением осадков).
По-видимому, вследствие недостатков активного питания ледников атмосферными осадками деградация ледяного покрова шла значительно быстрее, чем гляциоизостатическое поднятие. В результате обширные территории, освободившиеся ото льда, остались опущенными, затопленными морем. Сейчас континент продолжает подниматься и это вызывает новую волну опусканий в прилегающих к нему областях океана.
Всю эту серию колебаний можно сравнить с тем, что происходит, если надавить пальцем на деревянную пластину, плавающую в воде. Сначала прокатится по воде серия волн от погружения пластины. Убрав палец, мы убедимся, что прокатилась новая серия волн вследствие всплывания пластины.
Антарктида как бы составлена из двух частей, между которыми протягивается полоса горных хребтов (высотой около 2-3 км), оконтуренная с запада зоной опускания - желобом (местами впадины достигают глубины 1400 м). Появление поднятий в этой зоне можно объяснить компенсационным воздыманием от прогибов западного и восточного антарктических ледниковых куполов.
По рассчетам А. П. Капицы, Западная Антарктида после освобождения ото льда и изостатического всплывания должна оставаться ниже уровня моря, а Восточная - подняться над морем. В таком случае запад континента обретет заметное сходство с классическими островными дугами восточной Азии. Наконец, как отмечает А. П. Капица: "Чрезвычайно важно, что в Западной Антарктиде и на шельфовой отмели материка обнаружены узкие и глубокие желоба. Они свидетельствуют о молодости и активности современных тектонических процессов".
Все отмеченные особенности Антарктиды можно объяснить с помощью принятой нами модели так.
На западной окраине континента действовал до оледенения круговорот в земной коре, увлекавший за собой если не весь континент, то западную его половину. Это привело к тому, что континент постепенно расчленялся надвое. При западном дрейфе континента первой вступила в полярную область Западная Антарктида. Здесь появились материковые ледники (континент был значительно более высок, чем ныне). Это вызвало общее опускание западной полуплиты (при сопряженном поднятии Восточной Антарктиды). Все шло к расплыванию полуплит. Однако материковое оледенение, охватившее западную полуплиту, резко ослабило здесь деятельность механизма геосфер и, можно сказать, "заморозило" круговорот земной коры. Движение плиты приостановилось. Восточное побережье не имело соответствующего активного континентального склона и не стремилось двигаться на восток. Обе полуплиты континента стали "дрейфовать" без раздвижения. Затем оледенение охватило и восточную половину континента.
Следы каменноугольно-пермского оледенения отмечаются в зоне сочленения Африки, Южной Америки, Индостана, Австралии, Антарктиды. Со временем как будто области оледенения перемещались именно к зоне будущего раскола. Наконец, следы движения ледников того времени "ведут в море". Создается впечатление, что, например, ледники Южной Америки и Африки текли навстречу друг другу.
Великий ледяной покров вряд ли мог явиться единственной причиной раскола Пангеи. Возможно, правы геологи, считающие, что в начале карбона существовало по крайней мере два великих континента: вегенеровская Пангея (точнее - "Полугея") и Евразия без Индии, но, возможно, с Северной Америкой.
На великий Южный материк должны были действовать растягивающие силы, вызванные процессами на океанических окраинах. Ледяной щит, прогнувший центральную часть материка, вызвал образование сети глубоких разломов, резко обособив отдельные глыбы. Активные краевые процессы "разорвали" материк на несколько частей. Расползание плит явилось причиной деградации, расчленения и гибели великого каменноугольно-пермского ледника.
Наиболее мобильная благодаря небольшой массе и широкой зоне активности плита Индии сравнительно быстро достигла Евразии. На контакте образовался к концу кайнозойской эры мощный шов полосы альпийской складчатости (Гималаи). Две континентальные плиты не столкнулись, как две льдины в половодье, а именно сомкнулись, так как при этом "отключились" механизмы краевых круговоротов. Активное движение индийской глыбы определило значительные размахи рельефа в ее краевой части и привело к созданию асимметричного горного пояса Центральной Азии, более высокого в южной его половине.
Медленнее двигалась Африка. Она до сих пор еще приближается к Европе (возможно, движение это идет пульсациями). Однако, судя по характерной дуговой форме европейской зоны альпийской складчатости (выпуклостью на север), можно предполагать, что на Европу надвинулась не сама африканская плита, а предшествующая ей зона активного круговорота - островные дуги. Средиземное море в этом случае - участок коры океанического типа, обнажившийся после продвижения здесь передовой зоны африканских островных дуг. Продвинулся вперед также блок Аравии с горными системами на севере, образовав рифтовую трещину Красного моря. Предполагая в общих чертах такое развитие событий в послекарбоновое время, можно решить одну из географических гомологии: Африка, Южная Америка, Индия имеют клиновидную форму, потому что это осколки гигантского материка, разбитого под давлением великих ледников трещинами, расходящимися из его центра. Поэтому же все "осколки" во внутренних, обращенных друг к другу частях имеют платформенное строение. А молодые геосинклинальные структуры приурочены к их внешним частям. В таком случае рифтовая зона, охватывающая с юга Африку и Австралию, должна бы сохраниться как след первоначальной глубинной зоны разломов, расколовшей некогда сверхконтинент.
Можно предположить, что после раскола сверхконтинента, приуроченного к южному полушарию, его "осколки" за триста миллионов лет продвинулись далеко на север. В результате южное полушарие освободилось от континентов (так объясняется другая географическая гомология - континентальность северного и океанического южного полушария). В это время, к концу неогена, Ледовитый океан еще был свободен ото льда. Увеличившаяся континентальность северного полушария и изоляция полярного океана создали условия для начала здесь ледниковой эпохи.
Первопричиной ледниковых эпох, по-видимому, следует считать создание сверхконтинента, расположенного в приполярной области. Для сравнительно небольших плит типа Антарктиды необходимы крайне благоприятные условия: положение в пределах полярного круга в окружении сравнительно теплых морей, чтобы обеспечивать питание ледников. После максимума оледенения, когда эти моря будут насыщены айсбергами и ледяными полями, поступление атмосферной влаги на континент должно уменьшиться и оледенение начнет деградировать. На климатах сверхконтинента будут сказываться местные условия рельефа, положение областей атмосферного питания, колебания солнечной активности и поступления на землю солнечной радиации (кривые Миланковича), гляциоизостатические движения земной коры и другие факторы. Все это значительно осложняет течение ледниковой эпохи, приводит к неоднократным наступлениям и отступлениям ледников, "перетеканию" их из одних областей в другие.
Влиянием великих ледников на перемещение материковых плит можно объяснить некоторые особенности последнего оледенения. Сошлемся на мнение А. Вегенера: "...в начале четвертичного периода материки (речь идет о Северной Америке и Северной Европе.- Р. Б.), согласно теории перемещения, непосредственно примыкали друг к другу. Разделение могло произойти примерно во время максимального оледенения или только немного раньше... Во время последнего оледенения глыбы уже значительно отстояли друг от друга... Но что для нас наиболее важно, это - значительное сокращение по теории перемещения материков области оледенения... Еще упомянем одну подробность из явлений, связанных с четвертичным оледенением: в Тасмании снеговая граница ледникового периода располагалась на 500-600 м ниже, чем в Новой Зеландии. При современной почти одинаковой границе обеих местностей это малопонятно. Теория перемещения материков устраняет это затруднение, так как по этой теории Тасмания располагалась тогда значительно южнее Новой Зеландии".
Можно добавить, что при "самодвижении" Новой Зеландии, направленном от прибрежных западных гор на юго-запад, в сторону глубоководного желоба, эта активная глыба должна была значительно продвинуться в сторону Антарктиды. И еще одно уточнение: размеры континентальных плит следует определять, включая и подводные окраины - шельфы и континентальный склон.
Гипотеза самодвижения континентальных плит может объяснить основные палеогеоморфологические закономерности истории континентов, отраженные на графиках площади и уровня суши, вулканической деятельности и средних температур. Во-первых, создание преимущественно континентального полушария ведет к заметному похолоданию климата. Во-вторых, послеледниковое раздвижение континентальных плит и гляциоизостатические движения континентов должны в начале и в конце ледниковых эпох активизировать вулканизм. В-третьих, перед оледенениями должны увеличиваться общая площадь суши и ее высота при активном контакте плит и сжатии островных дуг. Все эти закономерности отмечаются в геологической истории фанерозоя (около 600 млн. лет). За это время было три великих ледниковых периода: в начале, в середине и в конце фанерозоя. Ритмичность великих оледенений нередко объясняют астрономическими явлениями, в частности изменением положения Солнечной системы при вращении Галактики. Однако причины оледенений могут быть преимущественно земными, связанными, в частности, с движениями континентальных плит, увеличением объемов континентов и созданием сверхматериков, а также с изменением химического состава атмосферы и природных вод.
Связь движений континентальных плит, действия механизма геосфер, изостазии и изодинамики с великими оледенениями - очень важная, перспективная, интересная и сложная область исследований. Добавим, что высказанная выше гипотеза о единстве всех этих процессов относится скорее к научной фантастике, чем к научным теориям. Для ее обоснования помимо умозрительных построений требуются убедительные доказательства. Значительно более правдоподобна идея круговоротов литосферы. Мы вновь вернемся к ней, обратившись к данным палеовулканизма и геохимии.
"Изучая явления палеовулканизма, - пишет Р. ван Беммелен, - мы указывали, что каждая горная система состоит из множества параллельных дугообразных структурных зон; при этом внешняя зона являлась самой молодой, остальные же, двигаясь к вогнутой стороне системы, последовательно представляли собой все более и более древние фазы развития. В результате горная система в ходе орогенического развития перемещалась в горизонтальном направлении",
На примере детального анализа современного строения и геологической истории Индонезийского архипелага ученый установил, что изменчивость внешнего облика развивающихся горных систем отражает геохимическую изменчивость интрузий, вторгающихся в земную кору и нередко приводящих к вулканизму.
Не станем пересказывать сведения о геохимической эволюции краевых зон континентов. Обратимся к нашей модели. Она логически приводит к некоторым определенным геохимическим закономерностям. В соответствии с круговоротом литосферы на границе континента и океана под рыхлой толщей осадков, сносимых с материковой окраины, должна залегать кора океанического (базальтового) типа, которая втягивается в круговорот литосферы. Во внешней зоне океанических дуг изливаются базальтоидные магмы.
Высокая вязкость вещества не позволит круговороту приобрести вид свободно вращающегося колеса. От зоны главной циркуляции будут отходить струи, направленные вниз под континентальную плиту. Эти струи повышенной текучести должны отражаться в слоистом строении астеносферы.
Наиболее быстрый круговорот будет осуществляться ниже слоя коры, там, где начинается область текучего подкорового субстрата. В поднятии, сопряженном с передовым континентальным прогибом будет замыкаться главная ветвь круговорота. Здесь должны выходить на поверхность переработанные в подземном цикле породы океанической коры с обломками гранитного слоя и метаморфизованных в процессе круговорота осадочных пород. Базальтовый слой при этом должен пройти первую переплавку, освободиться от легкоплавких и летучих компонентов.
Действительно, именно такова пестрая по составу вторая полоса вулканических и изверженных пород краевой континентальной зоны.
За первой дугой поднятия (или серией поднятий) должен существовать компенсационный прогиб типа внутреннего моря. Здесь при активном сносе обломочного материала со склонов гор и поступлении химических веществ из глубин должны накапливаться разнообразные осадочные породы: обломочные, хемогенные, органогенные (обилие "минеральной пищи" стимулирует биологические процессы). В краевом прогибе будет возникать новый круговорот вещества литосферы, тщательно переработанного механизмом геосфер. Поступая вниз и метаморфизуясь, этот вторичный круговорот с выходом на поверхность далеко на континенте будет поставлять преимущественно кислые, гранитоидные магмы. Здесь же могут разгружаться глубокие ветви первого круговорота, выносящие вещество океанической коры и подкорового субстрата (хотя такие явления должны быть редкими). В реальных континентах так обычно и бывает: за активной краевой зоной располагается обширная область развития гранитоидных интрузий и метаморфизма (типа Байкальской складчатой страны).
Как мы уже знаем, к центру плиты подобные процессы Должны затухать. Однако здесь все-таки нет полного покоя у древней коры. Она испытывает и поднятия, и опускания. В зонах поднятия подтягивается наверх вещество наиболее глубоких слоев мантии, увлекаемых краевыми ветвями круговоротов литосферы.
Стремление древних материковых плит к растяжению, раскалыванию и образованию на платформенных территориях рифтов и трещин создает условия для разрывов земной коры с изливом на поверхность пород базальтового слоя и верхней мантии, не испытавших существенной переработки в подземном круговороте и впервые входящих в механизм геосфер.
Таков в общих чертах геохимический путь развития нашей модели. По аналогии с моделью находит объяснение широкое распространение на древних платформах (Восточная Сибирь, Африка) трапповых формаций, представленных однообразной, обычно базальтовой магмой, объем которой достигает 1 млн. куб. км.
Наличие круговоротов в литосфере позволяет по-новому взглянуть на Байкальскую складчатую страну, сложенную в значительной мере гранитоидными интрузиями. Внедрение подобных магматических масс без компенсационного погружения соизмеримых объемов просто невероятно. Если предположить, что гранитизация происходила без перемещения вещества, то останется непонятным происхождение следов течения в породах и активных контактовых изменений. Если же существуют круговороты литосферы, то именно они должны определять глубокий метаморфизм пород, образование гранитоидов. Получает объяснение исключительное минеральное богатство таких районов. Полезные ископаемые, даже редкие, образуют здесь крупные скопления при высокой концентрации. Сохраняются в геохимии идеи о происхождении подобных месторождений при взаимодействиях с окружающими породами гранитной магмы. Но процесс выделения из гранитов рассеянных элементов настолько сложен, что его не удается реализовать искусственно в промышленных масштабах.
Вряд ли природа в этом случае была слишком изощренна. Имелся сравнительно простой путь. При круговоротах в литосфере для создания месторождений имеются все условия. Сначала механизм геосфер проводит первичную переработку материала и разделяет химические соединения по весу, растворимости, миграционной способности. Коллоиды и живые существа довершают обработку и позволяют доводить концентрацию отдельных элементов до гигантских размеров (некоторые организмы концентрируют отдельные микроэлементы в сотни, тысячи раз больше по сравнению с фоновым содержанием). Затем продукция механизма геосфер и биосферы поступает в подземную лабораторию. Здесь идет целый ряд процессов (обезвоживание, выщелачивание, взаимодействие с минеральными водами, кристаллизация и т. д.).
Отмечая закономерность изменения химического состава интрузий развивающегося орогена от основных к кислым и наконец к основным и ультраосновным, Р. ван Беммелен спрашивал: "И какое можно дать объяснение постоянному появлению больших масс гранитной магмы в орогенических зонах?" Ответ его был выражен в достаточно общей форме: "...под геосинклинальными поясами активизируются геохимические процессы, которые приводят к скоплениям ювенильной магмы - неосиналя". Массы ювенильной (девственной, первичной) магмы разъедают кору и поднимаются вверх, вследствие чего на поверхности образуются коровые вздутия. А расщепление этой магмы происходит, по Р. ван Беммелену, "в результате неких процессов химической дифференциации".
Позже другие ученые пробовали мысленно восстановить процесс расщепления, но без особых успехов. Между прочим, на многочисленных графических реконструкциях Р. ван Беммелена стрелки, показывающие движение масс горных пород и развитие структур, образуют почти замкнутые круговороты.