3.4. Теории глобальной эволюции Земли

В разделе будут рассмотрены следующие вопросы.

Современные геотектонические теории происхождения и развития структур земной коры: 1) контракционная; 2) геосинклинальная; 3) пульсационная; 4) тектоники литосферных плит; современная терминология и понятия тектоники литосферных плит.



Геологические теории, в отличие от «неисторических» теорий (физическая, химическая и т. п.), излагаются в форме научного доклада или рассказа о геологическом прошлом Земли. А вследствие того, что невозможно вернуть прошлое, все они всегда останутся в принципе никогда до конца не доказанными. В результате мы и имеем такое разнообразие почти отрицающих друг друга гипотез, хотя на самом деле альтернативные гипотезы обычно отражают противоположные стороны сложного процесса структурной эволюции нашей планеты. Они фактически дополняют, а не отрицают друг друга. Пример, мобилистские и фиксистские гипотезы.

Главные тектонические концепции, владевшие умами ученых: 1) контракционная; 2) геосинклинальная; 3) пульсационная; 4) тектоники литосферных плит.

1. Контракционная гипотеза

Эта гипотеза французского геолога Эли де Бомона пользовалась популярностью в середине XIX в. На рубеже веков вышло в свет выдающееся произведение Э. Зюсса «Лик Земли», в котором за основу была взята контракционная гипотеза. Надо сказать, что подавляющее большинство геологов считали эту тектоническую гипотезу наиболее приемлемой и не сомневались в ее истинности. Фундаментом ее служили космогонические представления Канта и Лапласа о первично расплавленной Земле, которая затем постепенно охлаждалась. Вполне естественно, что уменьшение внутреннего объема Земли при охлаждении должно было вызвать коробление ее поверхностной оболочки — земной коры. Так, по мнению Эли де Бомона, возникают складчатые горные сооружения подобно гигантским «морщинам». Однако на вопросы, почему горно-складчатые цепи располагаются именно так, а не иначе и почему этот процесс был периодическим, гипотеза контракции не могла дать удовлетворительный ответ. Кроме того, как только на повестку дня встал вопрос об изначально холодной Земле, сформировавшейся из газопылевой туманности, гипотеза контракции оказалась несостоятельной, так как холодная Земля не могла сжиматься.

Трудности в объяснении расположения горных цепей и невозможность сжатия Земли в холодном состоянии были сняты, когда в середине XIX в. появилось учение о геосинклиналях.

2. Геосинклинальная гипотеза

Эта гипотеза возникла в 1873 г. и объясняет возникновение структур земной коры с точки зрения постоянного местоположения устойчивых частей континентов и подвижных складчатых зон, т. е. описывает геологическое развитие Земли с фиксистских позиций. В настоящее время геосинклинальная теория происхождения структур земной коры утратила свое положение и имеет историческое значение.

Согласно этой теории все элементы строения земной коры возникли в результате процессов происходивших в так называемых геосинклинальных поясах или геосинклиналях, которые в пространстве земной коры занимают переходные зоны между главнейшими ее структурными элементами - континентами и океанами, а во времени они постепенно переходят в платформы.

Ранее, в прошлом веке, под ГЕОСИНКЛИНАЛЬЮ понимали:
— подвижные части земной коры прошлого имеющие глобальный масштаб, возникавшие на границе литосферных плит и длительно служившие местами интенсивного вулканизма и осадконакопления и превратившиеся в итоге своего развития в складчатые или складчато-надвиговые (покровные) горные сооружения с мощной новообразованной континентальной земной корой;
— области высокой подвижности и повышенной проницаемости литосферы, интенсивного магматизма, осадконакопления и метаморфизма, для которых на ранних этапах развития характерны отрицательные структуры (прогибы, впадины) и утоненная земная кора, а на заключительных — складчато-покровные сооружения с мощной континентальной корой.

Геосинклинальные пояса по своему внутреннему строению подразделялись на эвгеосинклинальные и миогеосинклинальные области. Почти все геосинклинали состояли из одного или двух сопряженных этих элементов.

Эвгеосинклинали — это подвижные, как правило внутренние, заложенные на океанической коре части геосинклинальных поясов, характеризующиеся высокой вулканической и интрузивной активностью и большой мощностью отложений. В их пределах преобладают кремнистые, вулканогенные и граувакковые отложения. Широко развиты офиолиты (см. раздел 3.1).

Выделяли две стадии в развитии эвгеосинклиналей.

1. Офиолитовую, отличающуюся активными тектоническими движениями с общей направленностью на прогибание земной коры.

2. Инверсионную — более спокойную стадию, для которой характерно накопление терригенных отложений.

Миогеосинклинали — это менее подвижные, в основном, внешние части геосинклинальных поясов, которые формируются на континентальной коре и отличаются гранитоидным магматизмом. Они обычно окаймляют эвгеосинклинали и являются переходными структурами между ними и кратонами (платформами). В их пределах преобладают терригенные и карбонатные отложения.

Современными геосинклиналями считали окраинноконтинентальные ансамбли островных (вулканических) дуг, окраинных морей, осадочных террас, глубоководных желобов, вдоль которых наблюдаются самые энергоемкие геологические процессы современности.

Протяженность геосинклинальных поясов прошлого измеряется многими, нередко десятками тысяч километров, с шириной более тысячи до 2–3 тыс. км.

Геосинклинальные пояса возникли лишь во второй половине позднего протерозоя, примерно 1350–1000 млн лет назад, одновременно с обособлением древних платформ. В развитии геосинклинальных поясов выделяют следующие циклы: 1) гренвильский (1350–1000 млн лет); 2) байкальский (1000–550 млн лет); 3) каледонский (550–400 млн лет); 4) герцинский (400–210 млн лет); 5) киммерийский или мезозойский (210–100 млн лет); 6) альпийский (100–0 млн лет).

Внутри геосинклинальных поясов могут находиться обломки или отторженцы (террейны1) близлежащих платформ (как правило древних) называемых срединными массивами. Форма срединных массивов обычно угловато-изометричная, при ширине порядка нескольких сотен, реже более 1000 км. Крупные срединные массивы отличаются наибольшей устойчивостью и приближаются к настоящим платформам (Таримский, Индосинийский массивы). Мелкие массивы именуются просто глыбами.

3. Пульсационная гипотеза

О возможном расширении и последующем сжатии Земли упоминали в своих работах еще М. В. Ломоносов, Д. Геттон, И. О. Ярковский2 , но как гипотеза эта идея начала оформляться с 1924 г., когда А. В. Грэбо объяснил планетарные трансгрессии и регрессии периодически повторяющимися процессами сжатия и расширения Земли, уменьшением и увеличением ее объема.

Позднее, в 1933 г., В. Бухер назвал эти явления ПУЛЬСАЦИЯМИ и предположил, что в фазы расширения Земли происходило растяжение земной коры и формирование геосинклиналей, а фазы сжатия в их пределах возникали складки. Эту гипотезу развивали в своих работах М. А. Усов и В. А. Обручев.

Отсутствие надежных доказательств фаз общего глобального расширения (или сжатия) является наиболее существенным недостатком гипотезы. Отдельные фазы не везде на Земле протекают одновременно и одинаково.

Растяжение — наиболее ярко проявляется в СОХ, в эти эпохи по ним поднимается глубинный мантийный материал, заполняющий «зияние» в земной коре и делающий их малоподатливыми для последующих проявлений сжатия.

Сжатие — наиболее ярко проявляется в складчатых поясах Земли, где осуществляется горизонтальное смятие горных пород и выжимание их кверху и в стороны, а за счет повышения температуры (от трения сжатия) возникают процессы метаморфизма, магматизма (гранитизации), раздавливание.

Мировые регрессии связывают с фазами сжатия, когда происходит сильное коробление земной коры, возрастают емкости океанических впадин и морей, образуются складчатые пояса, усиливается климатическая зональность, более широкое развитие получают кластические и соленосные формации.

Мировые трансгрессии отвечают фазам растяжения, когда происходит сглаживание планетарного рельефа и соответственно уменьшение емкости океанов, усиление вулканизма, увеличение выноса из глубин на поверхность Земли ювенильных вод, рост срединно-океанических поднятий, вытесняющих часть воды на континенты и т. д., сглаживанием климатической зональности, широким развитием биогенных и хемогенных карбонатных формаций в эпиконтинентальных морях, а на континентальных равнинах — формированием угленосных и бокситоносных формаций. Самые крупные пульсации Земли геологи уже давно выделили в мегациклы ее развития:

ПРОТОГЕЙ (древнее 3,5 млрд лет);

ДЕЙТЕРОГЕЙ (3,5–1,6 млрд лет);

НЕОГЕЙ (1,6–0,2 млрд лет);

ЭПИНЕОГЕЙ, или ПОСТНЕОГЕЙ (последнее 200–250 млн лет).

Каждый из этих мегациклов начинаются с деструкции, регенерации (обрушения, по Г. Штилле, 1964), которые можно связывать с преобладанием глобального расширения, а заканчивается довольно длительным периодом тектонического покоя.

4. Теория тектоники плит

Современные мобилистские гипотезы берут начало от А. Снайдера-Пеллегрини, О. Фишера, Ф. Тейлора и А. Вегенера. Историю становления взглядов на тектонику плит см. Приложение 2.

Первым исследователем, выдвинувшем в 1858 году предположение о том, что континенты, обрамляющие Атлантический океан, раньше примыкали друг к другу, был А. Снайдер-Пелегрини (хотя есть указания и на значительно более ранние работы, например, Ф. Бекона).

Самые первые рассуждения о горизонтальных перемещениях литосферных плит под действием конвективных течений появились в 1881 г. в книге О. Фишера «Физика земной коры», а затем в 1910 г. в работах Ф. Тейлора (Павлинов, Соколовский, 1990, с. 129).

Идея о больших горизонтальных перемещениях континентов, представляемых в виде глобальных плит, впервые наиболее четко сформулирована в 1912 г. немецким ученым, профессором, географом-исследователем Альфредом Вегенером3, который затем разработал на ее основе свою теорию дрейфа континентальных массивов (не литосферных плит!). Мощность этих массивов принималась им порядка 100 км. Это так называемая 1-ая концепция горизонтального мобилизма — старая глобальная тектоника дрейфа континентов.

Как явствует из представленной выше исторической справки, первые признаки нового мировоззрения на происхождение структур земной коры с точки зрения тектоники плит возникли в начале нашего столетия, но к завоеванию умов всех геологов эта гипотеза пришла только после изучения океанов с помощью научно-исследовательских судов «Академик Келдыш», «Гломар-Челленджер». Например, с «Гломар-Челленджера» только за 1968-83 гг. было пробурено более 600 скважин в разных частях Мирового океана (сейчас количество таких скважин достигает 900 шт.).

Гипотеза новой глобальной тектоники плит впервые изложена в 1968 г. геологом-ученым Морганом. Суть ее заключается в выделении литосферных плит, границы которых маркируются современными поясами сейсмичности и подвижными швами — глубинными разломами, являющихся результатом механического взаимодействия этих плит при перемещениях их и вращениях на сферической оболочке Земли. При этом учитываются два главных постулата теории — это то, что литосферные плиты являются довольно жесткими и то, что они движутся по податливому слою — астеносфере, расположенному внутри верхней мантии.

Каким образом двигались литосферные плиты за последние 1100 млн лет можете посмотреть по этой ссылке: [Посмотреть…]

Согласно этой гипотезы, вся поверхность земного шара представляет мозаику литосферных плит4, которые контактируют друг с другом по границам трех типов: дивергентным или конструктивным (расходящиеся), конвергентным или деструктивным (сходящиеся) и сдвиговым (трансформным разломам). При этом, наращивание или приращение (аккреция) земной коры океанического типа происходит в океанах в срединно-океанических рифтовых зонах или хребтах (СОХ), а аккреция континентальной земной коры на субдукционных границах, где в то же время происходит поглощение или погружение океанской земной коры под континентальную или погружение океанической плиты под континентальную5 (например, Тихоокеанской под Евразиатскую).

Субдукционные районы отличаются мощной вулканической деятельностью, сейсмичностью, наличием островных дуг (вулканических дуг), окраинных морей, глубоководных желобов. Происходящие здесь процессы и формирующиеся структуры характеризуют активную континентальную окраину. Им противоположны по тектонической и магматической активности пассивные континентальные окраины. Например, по западной и восточной окраинам Атлантики. Эти части амагматичны, но характеризуются мощными отложениями осадочных горных пород под континентальным склоном.

На субдукционных границах существуют условия сжатия и вдоль контакта океанской земной коры с континентальной возникают крупные сколовые зоны земной коры известные под названием сейсмофокальных зон Беньоффа-Вадати-Заварицкого6 . Вдоль этой границы континентов породы (особенно на глубине) подвергаются сильнейшему метаморфизму регионального типа с участием флюидов, сильнейшей складчатости и магматизмом. Часто небольшие массы океанической земной коры надвигаются на континентальную земную кору и включаются в ее состав. Такой процесс получил название обдукции (Коулман, 1971), а подобные отторженцы океанической земной коры среди континентальной — офиолитов7.

После того как земная кора метаморфизуется, гранитизируется, насытится легкими (относительно) магматическими гранитными интрузиями, большая часть которых застынет на глубине, этот район или полоса вдоль побережья начнет испытывать воздымание или орогенез. Причина этого явления, как считают некоторые ученые, в образовании легких гранитных масс в земной коре, внедрившихся или образовавшихся на стадии субдукции.

Орогенез сопровождается отложением грубообломочных моласс, формированием межгорных впадин, внутриплитным вулканизмом с излияниями кислых лав, образованием стратовулканов и вулкано-тектонических впадин.

В конце концов орогенез прекращается и горное сооружение начинает превращаться в платформу с так называемой стадии тафрогенеза (см. стадии формирования платформ в разделе 3.2).

В случае столкновения двух континентальных плит (Индо-Австралийской и Африканской с Евразиатской), один из континентов надвигается на поверхность другого и образуются тектонические покровы и надвиги (Альпы, Гималаи, Аппалачи) с утолщением земной коры. Этот процесс столкновения двух континентов получил название коллизии8, а процесс надвигания одной континентальной плиты на другую — абдукции.

Кроме границ плит, на которых происходит сближение литосферных плит (конвергентные границы) и расхождение (дивергентные границы), существуют и сдвиговые или трансформные, по которым происходит проскальзывание плит относительно друг друга в горизонтальном направлении.
Трансформный разлом

Рис. 21.1. Трансформный разлом
Трансформные границы представлены контактирующими границами в виде трансформных разломов. Трансформными9 называют разломы с преимущественно латеральными (горизонтальными) перемещениями, которые резко обрываются на спрединговом хребте, горном хребте типа Гималаев (расположенном внутри, а не на краю континента) или желобе (зоне субдукции). Название эти разломы получили потому, что один тип движения (например, разрастание дна океана) он преобразует в другой (смещение вдоль сдвига).

Вдоль трансформных разломов наблюдаются метаморфизм, складчатость и образование специфического рельефа, но значения их относительно невелико.

Выделяют следующие типы разломов: хребет – хребет (рис. 21.1); желоб – желоб; ороген – ороген и др. Механизм их образования можно проиллюстрировать рис. 21.2.

Зарождение спредингового хребта (СОХ)

Рис. 21.2. Механизм возникновения спредингового хребта (СОХ), трансформного разлома и авлакогенов (б) над куполовидными поднятиями, формирующимися над близко расположенными плюмами (а) (Seyfert, Sirkin,, 1979)

Механизм движения литосферных плит хорошо иллюстрируется рисунком 21.3.

Механизм движения плит

Рис. 21.3. Механизм движения литосферных плит

Итак, теоретические основы новой тектоники плит базируются на двух принципиально важных предпосылках. Во-первых, самая верхняя внешняя оболочка Земли, называемая литосферой, залегает на менее прочной астеносфере. Во-вторых, литосфера разбита на ряд жестких сегментов или плит, которые постоянно движутся относительно друг друга и площадь поверхности которых также непрерывно меняется.

Мощность литосферы — 70–80 км под океанами и до 200 км под континентами. Астеносфера распространяется до 700 км.

Рассматривая гипотезу тектоники плит нельзя не затронуть вопроса о мантийных плюмах. Согласно большинству ученых мантийные плюмы представляют собой сравнительно узкие колонны разогретого вещества, поднимающегося из глубоких слоев мантии (~700 км), их диаметр составляет от 100 до 240 км, а скорость подъема 2 см/год. Плюмы порождают купола диаметром до 1000 км, центральные участки которых возвышаются на 1–2 км над окружающей местностью (Структурная геология… 1990). Подавляющее большинство плюмов приурочено к зонам спрединга (рис. 21.4), но существуют и в центре литосферных плит, в качестве примера можно привести Гавайский (см. № 42 на рис. 21.4), породивший Гавайскую островную цепь в Тихом океане.

Распределение плюмов на Земле

Рис. 21.4. Распределение плюмов на Земле.

1– активный плюм, 2– пассивный плюм, 3– след плюма, 4– место зарождения плюма, 5– конвергентная граница плиты, 6– срединно-океанический хребет

Некоторые недостатки тектоники плит

Противоречащие тектонике плит факты приводятся во многих научных работах и статьях учеными разных специальностей.

Возражения метеорологов, океанографов, климатологов:

1. 95–96% всех эвапоритов, имеющих возраст от среднепротерозойского до современного, т. е. области, где потери влаги вследствие испарения превосходят суммарное количество поступающей, не меняли своего положения в течении всего этого огромного промежутка времени. Это возможно только в том случае, если Мировой океан и системы атмосферной циркуляции оставались практически неизменными. Об этом же говорят и залежи угля на Земле.

2. Большинство (88% по объему) месторождений каменного угля сосредоточено в восточной трети или двух третях всех континентов. Это говорит о том, что на восточные окраины упомянутых континентов, как в наше время, поступала теплая влага. Ни одно из существующих месторождений угля не могло образоваться, если континенты когда-то были объединены в одно целое, ибо внутренние области такого суперконтинента должны были представлять собой пустыни.

3. Все хорошо изученные ледниковые отложения пермско-каменноугольного и миоцен-четвертичного возраста простираются в обоих полушариях параллельно современному экватору. Каменноугольные ледники покровного типа известны в горных районах Центральной Африки, на Калимантане и Новой Гвинее. Что совершенно невозможно, если объединить все платформы в Гондвану, то получится проматерик с диаметром свыше 8 тыс. км и эти центры оледенений попадают в центральные его части. А из климатологии и метеорологии известно, что образование ледников обусловливается взаимодействием переносящих теплую влагу атмосферных и океанических течений с потоками холодных масс воздуха и что континентальные оледенения не могут поддерживаться атмосферными потоками, проникающими более чем на 2000 км в глубь континента. Следовательно не могли существовать при Гондване ледники Южной Африки, Восточной Африки, Северо-Восточной Бразилии, Центральной Африки и Западной Австралии.

4. Все известные рифовые отложения параллельны современному экватору и распространены в виде полос никогда не меняющих своего положения.

5. Согласно данным палеогеоморфологии на Гондване и Евразии еще до оледенения в позднем карбоне были сформированы обширные системы речной сети континентальных масштабов, совпадающие с современными речными системами. Это говорит о том, что базисы эрозии современных рек всех пяти континентов не меняли своего положения с пермо-карбонового периода.

6. Теоретики теории тектоники плит утверждают, что Африка столкнулась с Европой, Индия с Азией, Австралия с Юго-Восточной Азией, но:

1) структуры палеозоя Африки прекрасно прослеживаются в Европе, отмечая невозможность взаимных перемещений этих континентов в районе Средиземноморья;

2) фауна и флора (средиземноморского типа) Тетиса и Гондваны физически переслаиваются и перемежаются на полуострове Индостан, в районе Соляного хребта, В Западном Китае и в Советской Центральной Азии; 3) нет зон субдукции вокруг Антарктиды, которая полностью окружена рифтовыми спрединговыми хребтами. То же самое относится и к Африканскому блоку;

4) симметрия в расположении континентов и океанических бассейнов;

5) Гренландия, которая лежит на оси спредингового хребта, вообще образовалась в условиях сжатия. Мощности земной коры на этом острове и на соседнем острове Исландия достигают 60 км, а остров состоит из антиклиналей и синклиналей северного и северо-восточного простирания с углами падения слоев горных пород на крыльях до 48°. Кроме того, в вулканитах острова обнаружены гранитные ксенолиты.

5. Другие гипотезы

Гипотеза геолога Ларина. Для знакомства с гипотезой необходимо скачать научно-популярный фильм: ГИПОТЕЗА 24,8 Mb.




Контрольные вопросы

1. На какие две большие группы делятся главные геотектонические гипотезы?
2. Охарактеризуйте историю развития современных геотектонических гипотез.
3. Гипотезы дрейфа континентов, тектоники плит и новая гипотеза глобальной тектоники плит: что у них общего и в чем различие?
4. Назовите главные движущие силы тектоники дрейфа континентов.
5. Что является главной движущей силой в тектонике плит?
6. В чем суть гипотезы уменьшения и увеличения объема Земли?




 
© 2008–2013,   С.Н. Коваленко, кафедра географии, природопользования и туризма ВСГАО. Все права защищены.