4. Концепции формирования современного облика Земли

В 1787 г. немецкий учёный Абраам Готлоб Вернер (1749 - 1817) выдвинул гипотезу о том, что решающую роль в преобразовании поверхности Земли играла вода, а вещества, выпадавшие из вод Мирового океана, постепенно оседали на его дне и формировали горы, долины, ущелья. Со временем уровень океана понизился, и появилась суша. Эта концепция получила название нептунической – по имени римского бога морей Нептуна.

В 1795 г. опубликована книга шотландского учёного Джеймса Геттона (1726-1797) «Теория Земли». Автор отдавал предпочтение деятельности глубинных сил планеты. Его гипотезу впоследствии стали называть плутонической (Плутон – древнегреческий бог подземного мира): «подземный жар» в недрах Земли приводит не только к расплавлению осадочных пород, которые превращаются в граниты и базальты, но и к образованию на поверхности планеты континентов.

Появление контракционной гипотезы – гипотезы сжатия недр Земли – связывают с именем французского учёного Эли де Бомона, опубликовавшего в 1852 г. работу «О горных системах». Согласно этой гипотезе, первоначально Земля представляла собой расплавленное сферическое тело. По мере охлаждения на её поверхности появились сначала отдельные пятна застывших «корок», а затем сплошная твёрдая кора. Поскольку расплавы под корой продолжали остывать, вследствие этого происходило сжатие твёрдой поверхности планеты. Возникли крупные складки земной коры – горные системы.

Выдвигались и теории катастроф в истории Земли. Немецкие учёные Кристиан Леопольд фон Бух (1774-1853) и Александр фон Гумбольдт (1769-1859) пришли к выводу, что в чрезвычайно короткие промежутки времени на Земле возникали целые системы горных хребтов, вулканов, крупные наступления моря на сушу. Газы и водяные пары, накапливаясь в магме, увеличивали её объём. Магма искала новые пути выхода на поверхность, внедрялась в осадочные толщи, образуя складки, разрывы, трещины. В результате появлялись не только вулканические горы, но и целые горные страны.

Особым явлением в геологической науке стали работы австрийского геолога Эдуарда Зюсса (1831-1914), который связывал происхождение горных хребтов с тем, что земная кора сжимается и сминается в складки. Он считал, что в далёком прошлом Южная Америка, Африка, Аравийский полуостров и полуостров Индостан составляли единый материк Гондвану. Впоследствии отдельные части Гондваны опустились под воду.

В XX веке произошёл скачок в развитии прежних и появлении новых геотектонических гипотез. В 1912 г. с гипотезой мобилизма – дрейфа материков – выступил немецкий геофизик Альфред Лотар Вегенер (1880-1930). Основанием гипотезы послужило поразительное сходство в очертаниях восточного берега Южной Америки и западного — Африки. Как утверждал Вегенер, эти два материка в прошлом составляли единую глыбу.

В 1923 г. шотландский геофизик Джон Джоли (1857-1933) высказал предположение, что значительная часть тепла, образующегося при радиоактивном распаде в недрах нашей планеты, не излучается в космос, а накапливается в мантии, расплавляя базальты. Как следствие, плотность базальтовой магмы уменьшается, а объем увеличивается: радиус Земли возрастает на 10 – 11 км, площадь поверхности — на 1,7 млн. квадратных километров. Континентальные глыбы погружаются при этом в базальтовый расплав. Затем происходит обратный процесс: Земля охлаждается, базальтовая магма уменьшает свой объём, континентальные глыбы поднимаются, а земная кора сжимается, образуя складки. Таким образом, в развитии поверхности обнаруживается определённая цикличность.

В 50 – 60-х гг. были получены новые результаты геологических палеогеографических, сейсмических наблюдений, что позволило на основе идеи дрейфа материков, высказанной Вегенером, создать теорию тектоники литосферных плит. Каменная оболочка Земли не представляет собой единого целого, а состоит из частей, называемых литосферными плитами. Движение литосферных плит толщиной 100 – 130 км можно образно представить как ленту конвейера. Oт осей срединно-океанических хребтов, где базальтовая магма изливается на поверхность, литосфера перемещается к областям глубоководных желобов, и там её вещество вновь скрывается в мантии.

Однако сторонники теории фиксизма утверждали, что крупные литосферные плиты малоподвижны. И всё же сегодня теория мобилизма, т. е. тектоники плит – наиболее разработанная теория, пользующаяся популярностью.

На чём же плавает земная кора? В 1914 г. американский исследователь Джозеф Баррел высказал догадку, что где-то в мантии существует оболочка относительно вязких и пластичных горных пород — астеносфера. Полвека спустя это предположение подтвердилось. Над астеносферой залегают более твёрдые породы, которые назвали литосферой. Плавая на астеносфере, литосфера поднимается, опускается и скользит в горизонтальном направлении относительно нижней мантии и ядра Земли.

Сейчас литосфера Земли делится на семь больших и несколько более мелких плит (их расположение студент может рассмотреть на схеме). Различают два вида границ между ними. Если литосферные плиты удаляются друг от друга, на поверхности земной коры появляются глубокие расселины – рифты, протянувшиеся вдоль подводных срединно-океанических хребтов. Такие границы называют дивергентными (от англ. divergent — «расходящийся»). Если плиты сходятся, границы между ними называют конвергентными (от англ. convergent — «сходящийся»). В рельефе такие границы выражены глубоководными желобами и островными дугами (главным образом на обрамлении Тихого океана) или же высокими горами.

Большинство литосферных плит в одной своей части образованы континентальной литосферой, а в другой — океанической. Так, одна часть Южно-Американской плиты представляет собой Южно-Американский континент, другая находится на дне Южной Атлантики. В Африканской плите континентальная литосфера с трёх сторон окружена океанической.

Современные данные позволили сформулировать гипотезу, что в истории Земли континенты не менее пяти раз объединялись в суперконтиненты, образуя поочередно Лаурентию (1,9 млрд. лет назад), безымянный (1,5 млрд. лет назад), Роднию (1 млрд. лет назад), Гондвану (650 млн. лет назад), Пангею (250 млн. лет назад).

Особенности земной коры складываются не только под воздействием внутренних слоев Земли, но и геологических факторов внешней среды. Известно, что в результате выветривания и сноса вещество на поверхности континентов полностью обновляется каждые 100 миллионов лет, а его убыль компенсируется за счет поднятия континентов. Благодаря жизнедеятельности бактерий, растений и животных в атмосфере каждые 7 лет полностью обновляется углекислота, а через 4 000 лет — содержание кислорода.

Геологические свойства земной коры непрерывно и постепенно изменяются под совокупным воздействием трех внешних ее сфер: атмосферы, гидросферы и биосферы. Такие изменения происходят медленно, постепенно и непрерывно, но на определенной стадии они приводят к коренным переменам в облике Земли и, прежде всего, в земной коре и на ее поверхности.

Значительное влияние на все геологические процессы оказывает позднее появившаяся биосфера, речь о которой пойдет в следующей лекции.