© В.С. Смывина Краткий курс лекций по исторической геологии |
ЛЕКЦИЯ
№ 6. Современные геотектонические гипотезы
На прошлых занятиях мы рассмотрели строение земной коры
и выяснили, что отдельные её участки отличаются друг от друга. Какие же
это отличия? В морфологическом плане это крупнейшие элементы - континенты
и океанические впадины. В свою очередь, в строении каждого из них мы тоже
наблюдаем неоднородности. И континенты, и океаны разделяются на области
активного тектонического развития-геосинклинали и стабильного развития-
платформы. У каждой области мы отмечаем свой набор геологических формаций
и последовательность в их образовании, формы залегания осадочных толщ,
проявление магматизма и метаморфизма. На разных этапах развития геологических знаний ученые
пытались найти причину таких различий и на основе известных причинно-следственных
связей создать гипотезу, объясняющую различие и особенности в строении
и развитии земной коры. Такие гипотезы называют геотектоническими. Первая гипотеза возникла во второй половине 18 века и
получила название гипотеза
поднятий. Ее предложили М.В. Ломоносов,
немецкие ученые А. фон Гумбольдт и Л. фон Бух, шотландец Дж. Хаттон. Суть гипотезы
в следующем - поднятия гор вызваны подъемом из глубин Земли расплавленной
магмы, которая на своем пути оказывала раздвигающее действие на окружающие
слои, приводившее к образованию складок, пропастей разной величины. Ломоносов
впервые выделил два типа тектонических движений - медленные и быстрые,
вызывающие землетрясения. В середине 19 века на смену этой гипотезе пришла гипотеза
контракции французского ученого Эли де Бомона. В ее основе была космогоническая
гипотеза Канта и Лапласа о происхождении Земли как первоначально раскаленного
тела с последующим постепенным охлаждением. Этот процесс приводил к уменьшению
объема Земли, и в результате Земная кора сжималась, и возникали складчатые
горные сооружения подобные гигантским «морщинам». Для своего времени это
была прогрессивная гипотеза, достоинством которой является разработка
учения о геосинклинальном, орогенном и платформенном этапах развития земной
коры. Но с позиций этой гипотезы было трудно объяснить, почему смятие
происходит в определенных зонах, и почему этот процесс был периодическим. В
середине 19 века англичанин Д. Эйри и священник из Калькутты Д. Пратт
открыли закономерность в положениях аномалий силы тяжести - высоко в горах
аномалии оказывались отрицательными, т.е. обнаруживался дефицит массы,
а в океанах аномалии были положительными. Чтобы объяснить это явление
предложили гипотезу, согласно которой земная кора плавает на более тяжелом
и вязком субстрате и находится в изостатическом равновесии, которое нарушается
действием внешних радиальных сил. Эта гипотеза, не имея широкого самостоятельного значения,
тем не менее, в части движения земной коры по субстрату легла в основу
другой геотектонической гипотезы. Космогоническую гипотезу Канта-Лапласа сменила гипотеза
О.Ю.Шмидта о первоначальном твердом, холодном и однородном состоянии Земли.
Возникла необходимость иного подхода в объяснении формирования земной
коры. Такую гипотезу предложил В.В.Белоусов. Называется она радиомиграционная.
Суть этой гипотезы: 1.
Основной энергетический фактор - радиоактивность. Разогрев Земли с последующим
уплотнением вещества происходил благодаря теплу радиоактивного распада.
Радиоактивные элементы на начальных этапах развития Земли распределялись
равномерно, и поэтому разогрев был сильным и повсеместным. 2.
Нагревание первичного вещества и его уплотнение привело к разделению магмы
или ее дифференциации на базальтовую и гранитную. В последней концентрировались
радиоактивные элементы. Как более
легкая, гранитная магма “всплывала” в верхнюю часть Земли, а базальтовая
погружалась вниз. При этом происходила и температурная дифференциация.
В то время как, верхняя гранитная часть остывала и кристаллизовалась,
внутренняя часть за счет внутреннего разогрева расширялась, воздействовала
на твердую оболочку и та начинала растрескиваться. По образовавшимся трещинам
устремлялись лавы. Это приводило к потере энергии и охлаждению подкоровых
областей. В местах наибольшего охлаждения происходило сжатие, земная кора
прогибалась и зарождались геосинклинали. В результате каждого геосинклинального
цикла внедрялись гранитные магмы и с ними происходила миграция радиоактивных
элементов в верхнюю часть земной коры. Следствием этого явилось постепенное
охлаждение внутренних частей Земли, которое привело к переходу от активных
тектонических движений к более спокойным, т.е. от геосинклинального состояния
к платформенному. Недостатком
этой гипотезы можно считать то, что с ее позиций трудно объяснить периодичность
и синхронность тектонических процессов. Устранить этот недостаток должна
была гипотеза пульсации. Согласно этой гипотезе
Земля периодически испытывает периоды расширения, сменяющиеся периодами
сжатия. В периоды расширения развиваются вертикальные движения, появляются
разрывы в земной коре, интенсивно проявляется магматизм. В периоды сжатия
происходит складкообразование, затухает магматизм. Если проанализировать перечисленные гипотезы, то можно
отметить для них общее:
1.
Преобладание вертикальных (или радиальных)
тектонических движений в процессе формирования земной коры.
2.
Признание стабильного (фиксированного)
положения отдельных частей земной коры относительно подстилающей мантии. Отсюда
эти гипотезы стали называть фиксистскими, а ученых, которые развивают
идеи фиксизма, стали называть фиксистами. Современные геотектонические гипотезы
разрабатываются, используя идеи мобилизма. В основе
этой идеи лежат представления о преобладании в тектонических движениях
земной коры горизонтальных движений. Впервые для объяснения механизма и последовательности
геотектонических процессов немецким ученым А. Вегенером была предложена
гипотеза
горизонтального дрейфа континентов.
Какие факты легли в основу этой гипотезы? 1.Сходство
очертаний берегов Атлантического океана, особенно в южном полушарии (у
Ю.Америки и Африки). 2.Сходство геологического строения континентов
(совпадение некоторых региональных тектонических простираний, сходство
в составе и возрасте пород и др.). По представлениям Вегенера в конце Палеозоя современные
континенты представляли собой один суперконтинент - Пангея. В Мезозое
началось дробление этого суперконтинента и перемещение отдельных континентальных
глыб в направлении их современного положения (или их дрейф). Образование
складчатости объясняется смятием внешних кромок континентов (Кордильеры)
или их столкновением (Гималаи). Главным
недостатком гипотезы был её описательный характер и отсутствие физического
обоснования. Поэтому многочисленным критикам этой гипотезы несложно было
доказать ошибочность механизма дрейфа континентов. Гипотезу отвергли и
забыли. Но по мере накопления новых фактов при изучении океанической коры,
которые не укладывались в рамки геосинклинальной гипотезы, геологи вновь
обратились к идеям мобилизма, но уже на качественно другом уровне. Что
же нового установили геологи при изучении ложа Мирового океана?
1.
Системы срединно-океанических хребтов.
2.
Раздвигание океанской коры в стороны
от этих хребтов.
3.
Линейное расположение зон вулканизма
и землетрясений.
4.
Наличие в зонах срединно-океанических
хребтов теплового потока.
5.
Полосовое размещение знакопеременных
магнитных аномалий относительно срединно-океанических хребтов. Все
эти и другие факты позволили модернизировать гипотезу дрейфа континентов
в
гипотезу тектоники литосферных плит или новую глобальную тектонику.
Главные положения этой гипотезы: 1.Земная кора с верхней частью мантии образует литосферу,
которая подстилается пластичной астеносферой. Литосфера разделена на крупные
блоки (плиты). Границами плит являются рифтовые зоны, глубоководные желоба,
к которым примыкают разломы, глубоко проникающие в мантию - это зоны Беньофа-Заварицкого,
а также зоны современной сейсмической активности. 2.Литосферные плиты горизонтально перемещаются. Это движение
определяют два основных процесса - раздвигание плит или спрединг, погружение одной плиты под другую
- субдукция
или надвигание одной плиты на другую - обдукция. 3.В зону раздвига периодически поступают из мантии базальты.
Доказательством раздвига служат полосовые магнитные аномалии в базальтах. 4.В районах островных дуг выделяются зоны скопления очагов
глубокофокусных землетрясений, которые отражают зоны погружения плиты
с базальтовой океанической корой под континентальную земную кору, т.е.
эти зоны отражают зоны субдукции. В этих зонах, вследствие дробления и
плавления, часть материала погружается, а другая в виде вулканов и интрузий
проникает в континент и тем самым происходит наращивание мощности континентальной
коры. В зонах же обдукции происходит смятие, и возникают глыбово-сводовые
горные хребты типа Гималаев. Таким
образом, в масштабах Земли формируются два типа областей тектонических
напряжений: области растяжения в рифтовых зонах и области сжатия в глубоководных
желобах и островных дугах. Эти напряжения компенсируют друг друга, благодаря
чему объем Земли остается неизменным. Вероятной
причиной горизонтальных перемещений плит предполагают конвективные течения
в мантии. Механизм этих течений заключается в следующем. Во внешнем, жидком ядре происходит тепловая конвекция,
которая генерирует магнитное поле. Тепловая энергия из ядра проникает
в нижнюю и верхнюю мантии не сплошным фронтом. Здесь образуются участки
восходящего теплового потока и зоны нисходящих потоков. В результате образуются
гигантские ячейки, над которыми в литосфере образуются плиты. Восходящие
тепловые потоки фиксируются в зонах раздвига срединно-океанических хребтов,
а нисходящие - в зонах субдукции. Таким образом, осуществляется механизм
тектоники плит. В период господства контракционной гипотезы, океаны и
континенты считались постоянными, возникшими с начала возникновения на
Земле водной оболочки. Наиболее древний - Тихий океан (согласно одной
из гипотез представляет шрам на поверхности Земли, образовавшийся при
отрыве от нее Луны). Согласно этому представлению океанические впадины
очень древние. В их участках, прилегающих к континентам, продолжают формироваться
геосинклинали, за счет развития которых происходит наращивание континентов.
Площади континентов, таким образом, увеличиваются за счет океанов. Другая точка зрения - океанские впадины молодые, образовались
в Мезозое и с тех пор углубляются и расширяются. Основой таких представлений
послужило следующее: ● океанографическими исследованиями установлено,
что некоторые участки океанов погрузились недавно. Такие участки располагаются
как вблизи континентов (Алеутская гряда - вулканические конусы здесь со
следами наземной эрозии), так и удаленные от континентов (гайоты в юго-западной
части Тихого океана, представляющие собой погрузившиеся вулканические
конусы на 2-3 км, на склонах которых обнаружена Меловая фауна, указывающая
на то, что в этот период они были вулканическими островами). ● к молодым океаническим впадинам относят Северную
Атлантику и районы Арктики; южную Атлантику и Индийский океан. На основании
происходившего здесь массового излияния базальтов в позднем Мелу и Кайнозое
делается предположение о расколе континента, погружении континентальной
коры и ее замещение проникающей из мантии океанической базальтовой коры.
В результате площадь океанов увеличивается за счет континентов. С позиций этой гипотезы пока нет объяснения установленного
на Земле водного баланса. Считается, что водная оболочка Земли существует
не менее 3.5 млрд. лет и что она накапливалась за счет паров выносимых
при вулканических извержениях. И вся эта масса должна была до Мезозоя
где-то размещаться. Если не в океанических впадинах, то где? Ответа пока
не найдено. С другой стороны, объяснить образование всего имеющегося объема
воды лишь в последние 70 млн. лет авторы не могут. Чтобы
объяснить эти противоречия предлагается компромиссный вариант, согласно
которого впадина Тихого океана сформировалась в докембрии, и Тихий океан
существовал уже в то время, тогда как другие океаны - более молодого возраста,
а часть из них Мезозойские Основные
выводы по геотектоническим гипотезам.
1.
Главной причиной эволюции земной коры
и тектонических движений является внутренняя энергия Земли.
2.
Внутренняя энергия Земли поступает к
поверхности циклично.
3.
В строении земной коры выделяются жесткие
глыбы (древние платформы, литосферные плиты), которые разделяются зонами
повышенной тектонической активности. |