0700620_0CA3B_tyapkin_k_f_fizika_zemli

гравітаційних аномалій [8, 136]. Порівняння цього розрізу зі схемою, зображеною на рис. 56, а, б, не залишає сумнівів у їхній подібності. Зокрема, амфіболіти, що лежать в основі криворізької серії порід, є продуктом підводних виливів базальтової магми. Формування криворізької серії, представленої теригенними і хемогенними утвореннями, що чергуються, пов'язане з періодичними відносними вертикальними переміщеннями блоків у поєднанні з активуванням вулканічної діяльності глибинного розлому, що розділяє їх (див. також [209]). Слабко похилені в процесі утворення товщі за рахунок наступних деформацій, що відбувалися в режимі стиснення, набули стрімких кутів нахилу. У схемі, що розглядається, знаходить просте пояснення відсутність другого «крила» синклінорія, хоча в північній його частині, на захід від осьової лінії розлому, трапляються породи криворізької серії з залізистими кварцитами переважно магнетитового складу. Як показав М.О. Плаксенко [154] на прикладі Курської магнітної аномаїії (КМА), магнетитовий склад залізистих кварцитів зумовлений їхнім утворенням в умовах мілководдя. Ця обставина в поєднанні зі структурними особливостями порід криворізької серії дає змогу вважати їх лівим «крилом» структури за схемою, поданою на рис. 56, б.

На рис. 57, б наведено вертикальний розріз структури Донбасу вздовж сейсмічного профілю XI за даними М.І. Бородуліна і А.К. Михальова [125]. Привертає увагу асиметрія палеозойської структури Донбасу. Участь у його утворенні розломів та інші особливості досить переконливо свідчать про виникнення і формування цього розрізу за схемою, зображеною на рис. 56, а, б, в режимі розтягу. Ускладнення його структури і, зокрема, серія насувів є результатом наступних тектонічних деформацій, що відбувалися в режимі стиснення.

Ілюструванням ускладнених моделей розвитку геосинкліналей, зображених на рис. 56, в, г, може бути західна частина геосинклінальної системи Великого Кавказу в мезозої, вертикальний розріз якої наведено на рис. 57, в. Розріз складений М.Г. Ломідзе [217].

На рис. 57, г наведено вертикальний розріз Байкальського рифта за В.П. Солоненко і М.О. Флоренсовим [217]. З рисунка випливає, що формування молодих {И + £))-рифтових структур також відбувається за схемою, зображеною на рис. 56.

Розглянуті вище приклади свідчать про те, що в усі геологічні епохи, починаючи, принаймні, з протерозою, формування структур типу геосинкліналей відбувалося однотипно за схемами, зображеними на рис. 56. Більше того, досвід вивчення автором гли-

159

бинної будови архейських структурно-фаціальних зон на Українському щиті за допомогою гравіметрії [205] свідчить про можливість використання описаної вище моделі формування стосовно структур архейського віку. Отже, інтервал часу, впродовж якою спостерігається однотипне формування структур типу геосинкліналей на межах блоків за схемами, наведеними на рис. 56, можна поширити на всю геологічну історію.

Висновок про однотипність формування континентальних структур типу геосинкліналей не можна вважати загальновизнаним. Разом з тим він не новий. Багато дослідників уже приходило до нього з дещо іїтших позицій. Так, О.С. Грачов і В.С. Федоровський [53] з посиланнями на багатьох інших дослідників підкреслюють спільність таких структур, як рифти, авлакогени і геосинклінальні троги. Зокрема, вони вважають, що чудовою особливістю рифтів, авлакоіенів і трогів є конседиментаційний характер самих прогинів (як правило, асиметричних) і розломів, що їх обмежують, і що розвиток подібних структур, безсумнівно, не є особливістю якихось окремих етапів у розвитку Землі, скоріше він відбиває одну з основних закономірностей тектогенезу. Всі ці структури, описані різними авторами під різними назвами (рифти, авлакогени, геосинклінальні троги), найскоріше мають одну природу — «наскрізний» розвиток упродовж геологічної історії.

До зробленого раніше висновку доречно додати, що не тільки континентальні структури перелічених вище трогів, а й океанічні — типу глибоководних жолобів і острівних дуг формуються за схемою, наведеною на рис. 56. Це наочно видно на розрізі Кури- ло-Камчатського глибоководного жолоба, зображеного на рис. 25, г. Своїх основних обрисів цей жолоб, безсумнівно, набув на початковому етапі формування за схемою, наведеною на рис. 56, <з, в режимі розтягу, а деяких наступних ускладнень — у процесі заміни режиму розтягу на режим стиснення [206].

Отже, можна констатувати, що геосинклінальні структури й орогени, авлакогени і рифти, глибоководні жолоби й острівні дуги утворилися за єдиною схемою. Своїх особливостей вони набували в процесі наступного формування в результаті послідовної зміни режимів розтягу і стиснення. Причому, чим давніша структура, тим більша ймовірність її ускладнення наступними тектонічними деформаціями. Цей висновок свідчить про те, що відсутні серйозні причини підкреслювати різку відмінність в утворенні, наприклад, нормальних геосинкліналей, авлакогенів, рифтів або глибоководних жолобів. Точно так само немає підстав протиставляти утворення континентальної кори утворенню океанічної.

160

І, нарешті, зазначимо, що висновок про єдину схему формування (що представляються нині різнорідними) структур типу геосинкліналей на межах блоків тектоносфери досить важливий, але він набуває істотного значення лише за умови, що пощастить встановити природу механізму відносних переміщень блоків і закони, що керують цим механізмом. Зокрема, важливо визначити джерело сил, що зумовлюють переміщення блоків тектоносфери, а також закономірності, що регулюють зміну режимів стиснення і розтягу на ділянці цих переміщень. Так знову виникла необхідність створення тектонічної концепції, здатної пояснити шукані закономірності.

4.3. Циклічність формування тектонічних структур

У геології з давніх часів встановилися процеси, що відбуваються циклічно (ритмічно), різного масштабу і значення. Найчіткіше ці процеси виявляються в ритмічності осадонагромадження. В осадових нашаруваннях ритмічність характеризується реіулярним чергуванням двох, трьох або чотирьох різновидів шарів. Нормальним ритмом вважають таку послідовність: пісковик — вапняковистий алевроліт — мергель — вапняк. Потім наступає перерва в осадонагромадженні і ритм повторюється. Незважаючи на велику різноманітність ритмів, вони мають і загальну властивість. Звичайно великий ритм складається з дрібних ритмів різного порядку. Сукупність ритмів різних порядків є однією з основних характеристик осадових утворень, що складають будь-які тектонічні структури.

Нині твердо встановлено існування великого числа циклів кліматичних коливань з періодами: 1, 11, 22, 30—35, 60, 80, 100, 170—200, 350—400, 1700—2200 років і т.д., пов'язаних зі зміною сонячної активності [103]. Геологічні дані підтверджують, однак, не лише-існування короткоперіодичної циклічності, що нині піддається безпосередньому спостереженню, а й постачає інформацію про значно триваліші цикли з періодами в тисячі, мільйони і навіть десятки мільйонів років. Наприклад, В.А. Шнитников [236] за даними палеогеографічних досліджень довів існування 1850-річної періодичності у зволоженні материків. Установлені [74] геологічні цикли з періодами, що становлять 3500, 20 000 років і більше.

Як випливає з описаної в п. 4.2 схеми формування структур типу геосинкліналей на межах блоків і досвіду вивчення осадових

161

товщ, закономірності процесів денудації і седиментації щонайтісніше взаємозв'язані з напрямком, швидкістю й амплітудою відносних вертикальних переміщень блоків тектоносфери. У закономірностях формування осадової товщі відбиті коливальні рухи блоків, які часто називають хвильовими. Використовуючи взаємозв'язок між коливальними рухами блоків і гранулометричним складом осадів, що формуються, І.А. Одеський [137] на великому фактичному матеріалі в межах Західно-Сибірської і Скіфсько-Туранської плит, Західно-Сибірської низовини гармонічним аналізом установив тектонічні цикли з періодами, млн років: 2,3; 5,0; 8—13 (10); 17-22 (20); 29-35 (32); 39-45 (42); 61-66 (63).

Узагальнюючи геологічний матеріал за різними регіонами, Г.Ф. Лунгерсгаузен [105], В.Ю. Хаїн [216], В.Д. Наливкін [128] зазначали існування великих циклів тривалістю 30—45 і 150—180 млн років. Циклу з періодом 30—45 млн років М.М. Страхов [184] надає особливого значення, вважаючи його провідним у процесах шароутворення. Цикли з періодами 150—180 млн років характеризують періодичність головних орогенічних епох у фанерозої, а за тривалістю відповідають галактичним рокам.

Для нас важливо підкреслити взаємозв'язок, що встановлюється нині, між геологічними та астрономічними явищами. Так, М.П. Балуховський [7] навів таблицю відповідності геологічних ритмів і циклів астрономічним факторам (табл. 11).

Не можна визнати випадковим збіг періодів геологічних і астрономічних циклів, зокрема циклів сонячної активності з періодичним нахилянням земної осі відносно площини екліптики, коливанням ексцентриситету земної орбіти коливальними рухами Сонячної системи відносно площини Галактики [105, 137 та ін.].

Особливо варто підкреслити, що тривалість мезозойської ери дорівнює галактичному року, а палеозойської — двом галактичним рокам.

І хоча всі перелічені вище закономірності встановлені переважно для фанерозою, їх можна очікувати і для докембрію. Зокрема, геохронологічні дані про магматичні і метаморфічні породи докембрійських щитів дали змогу М.П. Семененко (1964 р.) виділити в історії докембрію п'ять мегациклів, що відбивають великі події перебудови структурних планів архітектоніки континентів, що носять планетарний характер. У пропонованій ним геохронологічній шкалі мегациклів докембрію наочно видно галактичні роки, що загалом добре збігаються з революційними епохами докембрію [7].

162

Т а б л и ц я 11. Зв'язок геологічних ритмів і циклів з астрономічними факторами

ри. Вони характеризуються набором циклів зі спектром періодів, починаючи від одного земного року до галактичного і навіть до кількох галактичних років.

163

Конкретні вияви циклічності в тектоніці, седиментогенезі, магматизмі і метаморфізмі взаємозв'язані і, мабуть, є наслідком однієї причини. Ця причина не може бути зумовлена внутрішнім розвитком Землі, оскільки довелося б допустити надмірно складно запрограмований механізм розвитку Землі. У кожному разі поки що не відома тектонічна концепція, здатна пояснити обговорювані закономірності. Разом з тим, сукупність даних про збігання періодів геологічних процесів з астрономічними не залишає сумніву в тому, що в тектонічному розвитку Землі беруть участь сили взаємодії нашої планети з астрономічними об'єктами, що оточують її. Не зупиняючись поки що на конкретному вираженні цих сил та на їхній ролі в тектогенезі Землі, зазначимо, що без їх урахування навряд чи можна створити реальну тектонічну концепцію, яка б пояснювала всі закономірності, що спостерігаються. Значний внесок у обгрунтування цього твердження зробили Г.П. Тамразян [189], П.М. Кропоткін і Ю.О. Трапезников [95].

Цікаві такі запитання:

1)чи поширюється описана вище періодичність синхронно на всю планету, чи вона простежується в окремих відносно великих регіонах?

2)чи простежується зміна загального темпу руху земної кори

вгеологічній історії?

Думки дослідників щодо першого запитання досить суперечливі. Зокрема, Г. Штілле (1924 р.), що ввів поняття орогенезу (складкогороутворення), дійшов висновку, що фази орогенезу поширені по всій Землі і є повсюдно суворо синхронними.

€ відомості, що час виявлення великих орогенічних епох у позаєвропейських і позаамериканських регіонах помітно відрізняється від установленого в Європі і Північній Америці і що часто він припадає на інтервали геологічного часу, які характеризуються з обох боків Північної Атлантики відносно спокійним розвитком з переважанням не підіймань, а занурень [216, 244]. Ці та подібні факти навели О.Л. Яншина [244] на думку про відсутність планетарних орогенічних епох. Виходячи з уявлення про «ковзання» в часі виявів орогенезу в різних регіонах, він вважає, що в історії розвитку Землі загалом не було тектонічно спокійних епох, а отже, й епох підвищеної інтенсивності тектонічних рухів.

В.Ю. Хаїн [216], який спеціально вивчав що проблему, дійшов такого висновку, який пояснює наведені вище протиріччя: епохи інтенсивного тектогенезу мають глобальне поширення, але їхнє відносне значення, ступінь і характер виявлення в різних

164

регіонах істотно відрізняються; глобальне значення мають тим більше і цикли тектогенезу, вікові рамки яких, однак, у межах різних регіонів можуть досить помітно відрізнятися внаслідок зміщення стадій розвитку; водночас у планетарному масштабі межі циклів займають певне положення завдяки статистичному усередненню.

Доцільно навести твердження Г.Ф. Лунгерсгаузена [105], який, стосовно протиріч в оцінках значень фаз тектогенезу, зазначав, що йдеться не про сталість і витриманість масштабу явищ. Великим фазам складчастості орогенних зон можуть відповідати на платформах або в складчастих зонах іншого типу й віку лише слабкі тектонічні посування, перерви у нагромадженні осадів, розмиви, і нарешті, швидка трансгресія чи регресія моря, взагалі явища, які за всієї своєї своєрідності й особливостей порушують установлений хід геологічної еволюції даної ділянки й утворюють відносно головних тектонічних фаз оротипічних зон або оротипів суворо синхронний комплекс. До цього твердження ми ще повернемось у наступному розділі.

Стосовно другого запитання, обмежимось порівнянням інтенсивності сучасних рухів земної поверхні зі швидкостями активного осадонагромадження під час утворення геосинкліналей у попередні геологічні епохи. Відомо [10], що максимальні швидкості осадонагромадження в геосинкліналях характеризуються частками міліметра за рік. У зв'язку з цим, на перший погляд здаються парадоксальними швидкості сучасних вертикальних рухів земної поверхні, що досягають декількох міліметрів за рік, а іноді й таких, що перевищують сантиметр за рік. Мабуть розгадку цього уявного протиріччя можна знайти, проаналізувавши результати багаторазових нівелювань земної поверхні і даних про зміну позначок рівнемірних пунктів на узбережжях морів і океанів.

Як приклад розглянемо результати триразових нівелювань по трасі Йиємяхтме — Йихві (Балтійський щит), виконаних у період з 1934 по 1964 р. [69], наведені на рис. 58. Результати повторних нівелювань характеризують зміщення реперів на два приблизно однакові інтервали часу (14 і 16 років). Значення швидкостей на рисунку не наведені, але їх легко можна обчислити.

Привертає увагу таке.

1. Простежується певна витриманість осереднених напрямків обох графіків (на рис. 58 зображені штрих-пунктирними лініями), що свідчить про загальний «перекіс» земної поверхні в районі, що вивчається.

165

мм

1948-1934

40

• 20

1964-1948

- - 2 0

Рис. 58. Зміщення реперів траси Йиємяхтме—Йихві за період з 1934 по 1964 р.

2.Амплітуди вертикальних переміщень земної поверхні в різні інтервали часу значно відрізняються між собою, що свідчить про зміну швидкості і навіть напрямку руху блоків тектоносфери протягом цих інтервалів. Отже, поряд із спрямованим переміщенням блоків має місце накладена, досить високочастотна компонента, період якої сумірний або менший, ніж інтервал часу, що вивча ється.

3.З особливостей кривих зміщення реперів випливає висновок про різко диференційований характер вертикальних рухів земної поверхні, що свідчить про «мікроблокову» будову верхньої частини тектоносфери, хоча йдеться про Балтійський щит.

Отримані внаслідок багаторазових нівелювань дані про швидкості руху земної поверхні, аналогічні наведеним на рис. 58, легко пояснюються, якщо допустити, що ці рухи є сукупністю спрямованого переміщення, що характеризує сучасну тенденцію підіймання чи опускання системи блоків, яка вивчається, з накладеними на нього змінними за знаком (можливо, циклічними) компонентами руху, що характеризується спектром періодів, які змінюються від одного року до, принаймні, десятків років [197].

В.О. Матцкова [119] на основі аналізу 22 тис. км триразових нівелювань і даних рівнемірних спостережень у п'ятдесяти пунктах з інтервалами досліджень від 5 до 80 років дійшла висновку про наявність періодичної складової вертикальних рухів земної поверхні з півперіодом 18,6 року. Для виявлення більш високочастотних складових рухів потрібні детальніші спостереження, а для виявлення довгоперіодних компонент — спостереження більшої тривалості.

166

На закінчення підкреслимо, що проблема циклічності геологічних процесів на Землі, що відбуваються на фоні спрямованого її розвитку, взаємозв'язок цих процесів із зовнішніми астрономічними явищами, яка не має задовільного пояснення з позицій традиційних уявлень, стала третьою передумовою для створення концепції, в якій істотну роль повинне відігравати з о в н і ш н є джерело сил тектогенезу. Добавимо до цього, що описана в розд. 2 циклічність зміни магнітного поля Землі і певний збіг періодів цієї циклічності з періодами геологічної й астрономічної циклічності мимоволі наводить на думку про можливо єдиний механізм тектогенезу і виникнення геомагнітного поля.

4.4. Нова модель геоізостазії

Форма нашої планети (геоїд) досить близька до фігури рівноваги рідини, що обертається, рівновеликої маси (сфероїда), вміщеної в окремі оболонки Землі. Сфероїд або теоретичний геоїд мало відрізняється від сфери і характеризується величиною стиснення є = 1/298,25, що залежить від кутової швидкості і закону розподілу мас всередині Землі. У цьому разі, як довів Л.С. Лейбензон [101], закон розподілу щільності всередині Землі дуже мало впливає на відхилення її форми від теоретичної, що відповідає однорідній сфері при незмінній швидкості обертання і нерухомій осі. Він довів таку теорему: яким би не був закон щільності, що узгоджується з теорією Клеро, неоднорідність зменшує стиснення пружної сфери, що обертається, порівняно з однорідною, також не стисливою сферою, не менш ніж на 6,5 %, і, ймовірно, не більш ніж на 14 %; у кожному разі не більш ніж на 20,5 %, що цілком узгоджується з відомими даними.

Особливістю класичних моделей ізостазії є заміна в них рівноважного стану Землі на рівноважний стан земної кори. Ця заміна відповідала рівню знань про будову нашої планети, коли земну кору уявляли такою, що «плаває» на магмі. Нині нагромаджено фактичні дані, висновки з яких суперечать основним положенням концепції, що розглядається. Зупинимось на деяких з них.

Виходячи з сучасних уявлень про будову Землі, не можна вважати правомірною заміну її рівноважного стану на рівноважний стан земної кори. Ця заміна є штучним відокремленням однієї частини планети від тісно пов'язаної з нею решти планети. Під час вивчення рівноважного стану Землі її потрібно розглядати як єдину систему.

167

Прийняття першої тези незмінно спричинює прийняття другої, зміст якої полягає в такому. Доти, доки вирішувались окремі геодезичні завдання на обмежених територіях чи вивчались особливості геологічної будови окремих районів, нехтування зміною ротаційного режиму Землі деякою мірою можна було вважати виправданим. Проте поставлене завдання вивчення рівноважного стану планети загалом, яке визначається ротаційним режимом Землі (положенням осі обертання, кутовою швидкістю тощо), не враховувати його зміну, мабуть, не можна.

Введемо поняття рівноважного стану Землі загалом і назвемо його геоізостазією. Геоізостазії повинен відповідати такий стан Землі, якого вона б набула, якби субстрат, що її складає, в межах кожної оболонки став рідким, не змішуючись. У цьому разі нашу планету можна було б охарактеризувати сукупністю рівневих поверхонь, що є системою сфероїдів з коефіцієнтами стиснення, що все зменшуються, у формуванні яких беруть участь маси всієї Землі, включаючи гідросферу й атмосферу. Суворо кажучи, в досягненні геоізостазії повинні брати участь й усі фізичні поля Землі. Для практичних цілей істотне значення має сфероїд, що найближче збігається з геоїдом.

Розглянемо умови досягнення геоізостазії. За умову рівноваги Землі, еквівалентну закону Паскаля, що використовувався в класичних моделях ізостазії земної кори (літосфери), з урахуванням мализни параметра є, можна прийняти рівність маси секторів Землі, вирізаних однаковими центральними тілесними кутами ДП (рис. 59, а). Кількісно ця умова відповідає інтегральному виразу [199, 279]

вивчається; §(г) — прискорення вільного падіння в точках сектора на відстані г від центра Землі.

Вираз (22) можна подати також у вигляді трьох інтегралів

К/ — внутрішній радіус мантії Землі; Ке — зовнішній радіус мантії Землі.

168