|
Тема 2. СУЧАСНІ УЯВЛЕННЯ ПРО ПРИЧИНИ ЕВОЛЮЦІЇ ЗЕМНОЇ КОРИ І ЛІТОСФЕРИ. Розвиток геологічної науки на кожному конкретному історичному етапі стимулювався появою популярних в тій чи іншій мірі серед наукового загалу геотектонічних концепцій, які, ґрунтуючись на наявному на даний час фактичному матеріалі, претендували на створення узагальнених, цілісних уявлень про все різноманіття геологічних процесів (тектонічних, магматичних, метаморфічних то що). Власне кажучи, вся історія геології, як і інших наук, це боротьба гіпотез, уявлень, концепцій, теорій - боротьба драматична, часто безкомпромісна. Можна назвати хоча б наукові суперечки між нептуністами і плутоністами, між катастрофістами і уніформістами, між фіксистами і мобілістами. Багато із сформульованих у свій час гіпотез представляють зараз лише історичний інтерес, з іншого боку раціональна частина деяких гіпотез використана у сучасних побудовах. Зупинимось на короткій характеристиці окремих концепцій, які найбільш суттєво впливали (і впливають зараз) на становлення геологічної думки, формування єдиної загальної теорії Землі.
В геотектоніці намітились три основних напрямки, які з різних позицій, трактують еволюцію земної кори і літосфери:
1)гіпотези, що виходять із зміни об'єму Землі;
2)гіпотези внутрішньої диференціації речовини Землі, які домінуючу роль відводять вертикальним переміщенням блоків земної кори (фіксизм);
3)гіпотези горизонтальних переміщень материків чи літосферних плит (мобілізм).
До першої групи гіпотез слід віднести дуже популярну у ХІХ і на початку ХХ століття гіпотезу контракції, висунуту у 1852 році французьким геологом Елі де Бомоном, а також пізніші: гіпотезу розширення Землі та пульсаційну гіпотезу.
Гіпотеза контракції базувалась на космогонічних побудовах Канта-Лапласа, згідно із якими Земля на початкових стадіях свого розвитку була розплавленою. Поступове, повільне охолодження супроводилось зменшенням об'єму. Сформована при остиганні з по верхні земна кора піддавалась дробленню, зминанню в складки - морщилась як печене яблуко. Гіпотеза однак не давала задовільного пояснення розташуванню таких складчастих систем у певних зонах, а не по всій території планети рівномірно, незрозуміло також чому складкоутворення проявлялось переважно на континентах, а не на ділянках з тоншою океанічною корою. Багато протиріч контракційної∙гіпотези було знято, після появи в середині минулого століття вчення про геосинкліналі та платформи, у якому давалось пояснення формуванню лінійних складчастих структур з корою континентального типу. Гіпотеза контракції панувала в геології до початку ХХ століття і підтримувалась відомими геологами: Е.Огом, Г.Штілле, О.П.Карпінським, І.В.Мушкетовим і ін. На основі була створена фундаментальна праця австрійського вченого Е.Зюса "Лице Землі".
Відмовитись від гіпотези прийшлось після того, як були змінені космогенічні уявлення і Земля почала розглядатись як первісно "холодне" тіло, сформоване із газово-пилової∙туманності, а також після відкриття явища природної радіоактивності (що доказувало можливість внутрішнього розігріву планети), та неможливості пояснення деяких нових геологічних фактів.
Повною протилежністю контракційній гіпотезі є розроблювана цілим рядом вчених (О.Хільгенберг, Л.Едьєд, М.М.Тетяєв, І.В.Кирилов, В.Б.Нейман і ін.) гіпотеза розширення Землі. Прибічники виходять із припущення, що об'єм Землі раніше був набагато меншим від сучасного, а радіус складав 3500-4000км. Материкова кора суцільним шаром покривала поверхню планети. Розширення Землі почалось з кінця палеозою (чи, за іншими даними, з крейди), що призвело до розтріскування суцільної континентальної кори, відсування окремих континентів один від одного і відслонення між ними підкорового шару. Сюди по розломах проникала мантійна речовина, формуючи нову кору океанічного типу. Згідно із гіпотезою, за останні 345 млн.років поверхня планети збільшилась вдвоє, що не знаходить задовільного фізичного обгрунтування, крім цього, не пояснюються процеси складчастості, періодичність тектонічних процесів та інші геологічні явища.
Спроба синтезу описаних гіпотез була зроблена у працях американського геолога В.Бухера, та відомих російських вчених В.О.Обручева і М.А.Усова. У висунутій ними пульсаційній гіпотезі допускалось періодичне розширення Землі, яке змінювалося стиском.
В епохи розширення відбувається утворення розломів, закладення геосинкліналей, інтенсивно проявляється магматизм, переважають вертикальні рухи кори. В епохи стиску у межах геосинкліналей формуються складчасті гірські системи, а в ∙х надрах - гранітні інтрузії. Сучасні прихильники гіпотези підкреслюють, що розтяг земної кори в рифтових зонах компенсується ∙∙ стиском в глибоководних жолобах і гірських системах, а внаслідок багатократного почергового стиску і розтягу відбувається переміщення брил земної кори від зон розтягу до зон стиску. Слід сказати, що на коливання величини радіуса Землі в межах 10% на протязі останніх 500 млн.років вказують також дані палеомагнетизму. Сильною стороною гіпотези є можливість на ∙∙ основі пояснювати циклічність та направленість тектонічних процесів. Гіпотеза має прихильників і в наші дні (наприклад, відомий тектоніст Є.Є.Мілановський і ін.) і в майбутньому можливе поєднання окремих ∙∙ положень із сучасними мобілістичними побудовами.
Концепція фіксизму. Назва концепції походить від того, що прибічники вважають незмінним, зафіксованим взаємне розміщення континентів на протязі геологічної історії Землі. Для пояснення розвитку планети фіксисти віддають перевагу вертикальним рухам, практично відкидаючи можливість більш-менш значних горизонтальних переміщень блоків кори чи літосфери.
Голландським вченим Р.Ван Беммеленом та відомим російським тектоністом В.В.Білоусовим активно розробляється гіпотеза глибинної диференціації. Згідно із уявленнями В.В.Білоусова основним фактором еволюції земної кори є гравітаційна диференціація речовини мантії, радіогенний розігрів відіграє другорядну роль. Активною зоною сучасної диференціації, на його думку, є астеносфера, де відбувається виплавлення базальтів у вигляді крапель, які зливаються у великі масиви-астеноліти. У випадку підвищеної проникливості літосфери астеноліти підіймаються по глибинних розломах, частково виливаються на поверхню, обважнюють літосферу, що веде до формування евгеосинклінальних прогинів. Прогини заповнюються осадово-вулканогенними товщами, літосфера втрачає свою проникливість, що приводить до застигнення базальтів на глибині, виділення із них флюїдів і тепла. Останні спричиняють регіональний метаморфізм геосинклінальних товщ і часткове ∙х переплавлення з утворенням гранітів. Зменшення проникливості літосфери перешкоджає прориву наверх новим порціям розігрітої мантійної речовини і остання припідіймає над собою літосферні блоки - починаються процеси гороутворення. В подальшому остигання астенолітів призводить до стабілізації тектонічного режиму і встановлення платформених умов, коли окремі теплові імпульси спричиняють лише незначні коливні рухи.
Утворення океанічних западин В.В.Білоусов пояснює процесами так званої газифікації кори, коли виливи поверх континентальної∙ кори великих базальтових мас призводять до зростання питомої ваги, прогинання і занурення разом із важкими ультра основними інтрузіями в мантію, де базальтовий шар заміщується ультраосновними породами, а гранітний - базальтовими ("базити" - основні породи). Таким чином на поверхні формувалася океанічна кора. Утворені западини заповнювались водою, даючи початок новим океанам.
При цьому утворення океанів, опускання ∙х дна йшло від периферії до центральної осі - цим пояснюється той факт, що кора сучасних Атлантичного та Індійського океанів "молодіє" у напрямку від континенту до осей серединних хребтів. Таким чином, останні розглядаються як зони, що опускаються під впливом обтяжуючих їх інтрузій із мантії.
На думку В.В.Білоусова, материки, що входили до складу великого палеозойського материка Гондвана, з'єднувались між собою ділянками суші, які пізніше опустились, тобто сучасне положення цих материків залишалось незмінним, зафіксованим на протязі всієї їх історії. Слабими місцями гіпотези є непереконливість доказів щодо процесів формування океанічної кори, заперечення існування планетарних зон розтягу та стиску та ін.
Концепція мобілізму. Початок мобілістичним уявленням, які за основу при поясненні еволюції земної кори та літосфери беруть горизонтальні рухи, був покладений американцем Ф.Тейлором (1910) та німецьким метеорологом і геофізиком А.Вегенером (1912), які сформулювали гіпотезу дрейфу континентів. Особливий вклад у розробку вніс А.Вегенер. У найбільш повному обсязі його погляди були викладені у книзі "Походження континентів і океанів", яка побачила світ у 1915 році. Звернувши увагу на подібність обрисів південних континентів, а також на спільність фауни і флори, розподіл кліматичних зон на цих материках (а особливо великого наземного зледеніння) у палеозої, він дійшов висновку, що під дією припливних сил, направлених зі сходу на захід, і відцентрових сил, направлених до екватора, в палеозої материки зібрались в єдину континентальну брилу Пангея. В середині мезозою під впливом тих самих сил почався розкол Пангеї і утворені материки почали розходитись один від одного в широтному напрямку, ковзаючи по базальтовому шару. Передні краї материків внаслідок опору зі сторони базальтового ложа зминались у складки - так Вегенер пояснював, зокрема утворення гірських ланцюгів Кордильєрів і Анд. На територіях, звільнених материками, залишалась базальтова кора, характерна для ложа океанів.
Головні аргументи проти гіпотези були висунуті геофізиками, які розрахували, що припливних і відцентрових сил явно недостатньо для того, щоб рухати континенти. Крім цього, гіпотеза ігнорувала роль геосинкліналей у розвитку земної∙ кори. У 1930 році А.Вегенер загинув під час одніє∙ із сво∙х експедицій на Гренландію, а його погляди до сорокових років втратили популярність серед геологів.
Відродження ідей мобілізму на новій основі (неомобілізм) відбулося у кінці 50- на початку 60-х років у зв'язку з великими відкриттями на дні океанів, зокрема виявленням планетарної системи серединно-океанічних хребтів і рифтових долин, а також досягненнями в області палеомагнетизму. З'явився цілий ряд нових гіпотез, об'єднаних пізніше в єдину концепцію тектоніки літосферних плит.
Так, у 1962р. американські вчені, геолог Г.Хесс та геофізик Р.Дітц, висунули гіпотезу спредінгу. Вони доводили, що на дні рифтових долин в серединно-океанічних хребтах періодичні виверження базальтової лави призводять до розсування блоків літосфери, постійного формування нових ділянок океанічного дна. Відбувається це таким чином: порція базальтової лави, виливаючись через центральну тріщину на дні рифтової долини, розтікається по дну долини і застигає. Нова порція лави розламує застиглу пластину базальту, розсуваючи дно по обидві сторони від осі рифту, і також застигає в тріщині, утворюючи нову базальтову пластину. Процес багатократно повторюється, нарощуючи таким чином океанічну кору по обидва боки від рифту. Звідси зрозуміло, що наймолодша кора повинна бути на дні рифтової долини і поступово "старіти" в напрямку континентів (рис. ).
Гіпотеза спредінгу (розсування) дістала підтвердження в працях англійських геофізиків Ф.Вайна і Д.Метьюза, які вивчали смугасті магнітні аномалі∙ вздовж осей серединно-океанічних хребтів.
Магнітне поле Землі має здатність змінювати свою полярність через певні проміжки часу (інверсії магнітного поля) - в історії Землі це відбувалось неодноразово. Ідея англійських геофізиків полягала в такому. Базальтова пластина, яка, згідно із гіпотезою спредінгу, утворюється в рифтовій долині, після застигання намагнічується в тогочасному магнітному полі Землі. Потім наступає розрив пластини новою порцією базальту на дві частини, між якими утворюється нова пластина, яка також застигає і, якщо при цьому відбулася інверсія магнітного поля, намагнічується в зворотньому напрямку. Процес повторюється і, таким чином, по обидва боки від серединного хребта зараз фіксується ціла серія лінійних магнітних аномалій змінної полярності (рис. ). Знаючи точні дати останніх змін полярності магнітного поля і віддаль магнітних аномалій від осі хребта, можна визначити орієнтовну швидкість спредінгу, тобто розширення океанічного дна (наприклад, для деяких ділянок Атлантичного океану вона виявилась рівною близько 1 см/рік). Ці дані підтверджуються глибоководним бурінням на дні океанів, яке дає можливість встановлювати абсолютний вік порід, що складають ложе.
В 1965 році канадський геофізик Д.Уілсон (Вільсон) виділяє спочатку трансформні розломи, по яких зміщуються рифтові долини, а дальше висуває ідею про те, що літосфера розбита на великі плити, а всі геологічно активні зони - рифти, океанічні жолоби, молоді гірські системи - взаємопов'язані. Пізніше ці погляди були розвинені вченими М.Морганом, К.Ле Пішоном і ін., згідно із уявленням яких Земля розділена на цілий ряд жорстких літосферних плит, до складу яких входять материки і прилягаючі до них ділянки океанів. Існують і чисто океанічні плити (наприклад, Тихоокеанська). Плити межують по рифтових долинах серединно-океанічних хребтів, глибоководних жолобах, континентальних рифтах і молодих складчастих горах, окраїнах континентів. Межі добре фіксуються епіцентрами неглибоких та глибокофокусних землетрусів.
Нарощування молодої океанічної кори відбувається вздовж осей серединно-океанічних хребтів в рифтових долинах, а руйнування (компенсація) на протилежних кінцях плит - у глибоководних жолобах. Вважається, що в останніх відбувається занурення океанічної плити під континентальну на значні глибини, в мантію (субдукція). Дійсно, в районах острівних дуг і біля активних окраїн континентів (наприклад, вздовж західного узбережжя Південної Америки) спостерігаються численні землетруси, епіцентри яких концентруються в зонах, що під кутом 40-60 занурюються під континент або дугу на глибину до 700 км (не менше 150-200км). Ці зони носять назву зон Вадаті-Заварицького-Беньофа і їх принципове значення в еволюції геосинкліналей уже відмічалось у відповідній главі. Тривале підсування океанічної кори під континентальну призводить до деформації окраїнного моря, зміщення острівної дуги до континенту і, врешті, до складкоутворення. Землетруси виникають, очевидно, внаслідок звільнення сейсмічної енергії, яка накопичується при перервному підсуванні однієї плити під іншу (рис. ). Може статися і так, що океанічна плита, що підсувається під континентальну, розщеплюється і верхня частина (офіоліти) насувається на континентальну. Такі процеси називають обдукцією. Типовий приклад - Папуаський офіолітовий пояс на Новій Гвінеї. Якщо ж в зону субдукції разом з океанічною плитою підсувається материк чи мікроконтинент, то відбувається зіткнення двох материків (колізія). Розміщена між ними ділянка океану звужується, замикається, проходить складкоутворення і гороутворення. Прикладом таких процесів може бути зіткнення Індостану з континентальною брилою Євразії і утворення Гімалаїв, а також формування поясу молодих гір в Альпійсько-Гімалайській області, коли Африканська плита зіткнулась в області Тетісу з Євразійською.
Механізм горизонтальних переміщень літосферних плит прихильники неомобілізму пояснюють наявністю замкнутих конвективних потоків речовини в астеносфері. Взагалі ідея переміщення континентів підкоровими течіями в мантії була висловлена ще у 1929 році шотландцем А.Холмсом, неотектоністи ж опрацювали із врахуванням нових геологічних фактів. На їх думку, внаслідок радіоактивного розігріву в певних місцях астеносфери створюються висхідні потоки перегрітої (а, отже, легшої) речовини. Підіймаючись вверх, потоки досягають охолоджених ділянок мантії, остигають і розтікаються в протилежні боки, створюючи в цьому місці зони розтягу , в яких можуть появлятися розриви, що досягають поверхні кори і вздовж яких перегріта мантійна речовина може поступати назовні. Такі висхідні потоки в астеносфері можуть спричиняти виникнення рифтових зон на поверхні Землі. Рухаючись у горизонтальному напрямку, астеносферна речовина переносить на собі занурені в неї літосферні плити. Охолоджуючись і ущільнюючись, речовина астеносфери утворює нисхідні потоки, які призводять до появи на поверхні планети прогинів, зон стику і пов'язаних з ними складкоутворюючих процесів, розривів, насувів тощо. Такі явища мають місце в зонах субдукції. Таким чином, замкнуті петлі конвективних потоків у астеносфері можна образно порівняти із конвеєром, на якому переносяться, іноді на величезні відстані, літосферні плити.
Вагомий внесок у розробку концепції неомобілізму внесли такі дослідники як П.М.Кропоткін, який розвивав ідею синтезу мобілізму із пульсаційною гіпотезою, Л.П.Зоненшайн, А.В.Пейве, А.С.Монін, О.Г.Сорохтін, В.Ю.Хаїн та ін. Цікаво, що у 1972 році, тобто тоді, коли основні положення тектоніки плит уже були сформульовані, раптом цілком випадково виявили давно забуту працю англійського вченого Османда Фішера "Фізика земної кори", написану ним ще у 1889 році. У цій праці, за даними О.Г.Сорохтіна, висловлені, правда без вагомих аргументів, всі основні ідеї сучасної тектоніки плит (формування океанічної кори в зонах розтягу, опускання океанічного дна в зонах стиску по периферії Тихого океану під острівні дуги і континенти, конвективні потоки підкорової речовини, як рухомий механізм). Очевидно, на час своєї публікації ці ідеї були настільки революційними, що не могли сприйматись науковим загалом і повинен був пройти тривалий час нагромадження фактичного матеріалу, щоб вони знову були поставлені в порядок ден ний, стали актуальними.
Тектоніка літосферних плит дозволяє звести всі геотектонічні процеси до взаємодії літосферних плит і в цілому дає досить струнку картину еволюції земної кори та літосфери. Разом з тим в ній також є цілий ряд слабких місць (наприклад, механізм і причини руху літосферних плит, проблеми в поясненні періодичності і циклічності тектонічних і магматичних процесів та ін.), які не дозволяють поки що вважати ∙∙ теорією і потребують подальшого опрацювання.
Таким чином геотектонічні гіпотези із різним ступенем переконливості та відповідності геологічним фактам пояснюють будову та еволюцію кори і літосфери. Єдиної загальноприйнятої теорії Землі, яка узагальнювала б і тлумачила із строго наукових позицій все різноманіття геологічних явищ, тектонічних процесів, що спричинили утворення такої складної природної системи, як наша планета, на даний час не створено - очевидно, це справа майбутніх поколінь дослідників. Контрольні запитання і завдання.
1. У чому суть гіпотези контракції?
2. Порівняйте гіпотезу розширення Землі та пульсаційну гіпотезу.
3. У чому полягають принципові відмінності у поглядах "фіксистів" і "мобілістів"?
4. Розкрийте суть гіпотези глибинної диференціації речовини.
5. Що таке базифікація кори?
6. Як Ви розумієте гіпотезу дрейфу континентів?
7. Поясніть явище спредінгу та наведіть докази на його підтвердження.
8. Що таке субдукція, обдукція, колізія?
9. Поясніть механізм горизонального переміщення літосферних плит. ЛІТЕРАТУРА. 1. Батюшкова И.В. История проблемы происхождения материков и океанов. М., Недра, 1975.
2. Белоусов В.В. Основы геотектоники. М., Недра, 1989.
3. Вегенер А. Происхождение континентов и океанов. Л.,Наука, 1984.
4. Геофизика океана. Т.2.Геодинамика (под ред. О.Г.Сорохтина). М., Наука, 1979.
5. Зоненшайн Л.П., Савостин Л.А. Введение в геодинамику. М., Недра, 1979.
6. Ле Пишон К., Франшто Ж., Боннин Ж. Тектоника плит. М., Мир, 1977.
7. Проблемы расширения и пульсации Земли. М., Наука, 1984.
8. Хаин В.Е., Михайлов А.Е. Общая геотектоника. М., Недра, 1985.
9. Унксов В.А. Тектоника плит. Л., Недра, 1981.
10. Хэллем Э. Великие геологические споры. М., Мир, 1985. Всі опубліковані на сайті матеріали належать їх авторам. Матеріали розміщено виключно для ознайомлення. Копіювання та використання інформації суворо заборонено.
|
