Важнейшие геотектонические гипотезы,

I,,. К настоящему времени накопилось достаточно много гипотез, пытающихся объяснить зако­номерную эволюцию земной коры. Они с разной степенью детальности рассматривают строение подкоровых оболочек Земли и механизм протекающих там процессов, поэтому представляют об­щую направленность развития Земли иногда в диаметрально противоположном виде. Нередко случается, что, казалось бы, полностью опровергнутая и забытая гипотеза через несколько деся­тилетий, с появлением новых фактов, возрождается на принципиально иной основе и вновь завое­вывает популярность. Обзор геотектонических гипотез сам по себе очень интересен и поучителен, служит яркой иллюстрацией философских законов единства и борьбы противоположностей и от­рицания отрицания, однако он более уместен в другом курсе - геотектонике. Здесь же мы ограни­чимся лишь кратким рассмотрением наиболее важных геотектонических воззрений.

ГИПОТЕЗА РАСШИРЯЮЩЕЙСЯ ЗЕМЛИ

Эта гипотеза возникла одной из самых первых, высказывалась еще в XVIII веке М.В.Ломоно­совым и Дж.Геттоном. Она хорошо объясняет происхождение океанов как следствие растрескива­ния и расширения земной коры из-за увеличения объема Земли. По подсчетам ученых, с карбона по настоящее время диаметр Земли должен был увеличиться больше, чем на треть, а площадь по­верхности более чем удвоиться. Но неясно, какие причины могли вызвать столь резкое увеличе­ние объема Земли.

ГИПОТЕЗА КОНТРАКЦИИ

Гипотеза контракции (лат. contractio - стягивание, сжатие) была весьма популярна в XIX веке и в начале XX века; выдвинута в 30-х годах XIX столетия и окончательно сформулирована в 1852 г.

Эли де Бомоном. Согласно гипотезе Канта-Лапласа, земной шар первоначально находился в рас­плавленном состоянии и с тех пор медленно остывает. Объем земного шара вследствие этого про­цесса постепенно уменьшается, а земная кора морщинится, как кожура высохшего яблока. Это "коробление" земной коры максимально в областях более пластичных, заполненных мощными толщами осадков, то есть в геосинклинальных поясах, сжимаемых к тому же более жесткими со­седними глыбами платформ - кратонов. Возражения против этой гипотезы сводятся к тому, что Земля первоначально была не расплавленной, а холодной и разогрелась позднее вследствие накоп­ления радиогенного тепла; возможно, максимум разогревания еще не достигнут. Однако эти воз­ражения не слишком убедительны, если учитывать такие показатели, как охлаждение недр и опус­кание земной коры, уменьшение интенсивности вулканической деятельности (по подсчетам А.Б.Ронова и В.Е.Хаина, объем продуктов вулканических извержений с девонского по юрский пе­риод сократился в три раза). Наблюдается также непрерывное нарастание осадочного слоя земной коры из-за превышения погружений над поднятиями: Отмечено прогрессирующее во времени увеличение глубины океанических впадин. К недостаткам контракционной гипотезы следует от­вести недостаточный учет магматических процессов, которые не сводятся лишь к сжатию подко-рового вещества вследствие остывания. Не объясняется этой гипотезой периодичность проявле­ния тектонических движений, смена сравнительно коротких эпох тектогенеза длительными пери­одами относительной стабильности тектоносферы. Непонятна избирательность тектонических движений: если вспомнить кожуру засохшего яблока, складки гор должны равномерно покрывать земную поверхность. Наконец, по подсчетам некоторых ученых (В.А.Магницкого и др.), скорость остывания недр Земли весьма мала (менее градуса за миллион лет) и не имеет существенного зна­чения в возбуждении напряжений в земной коре.

Все ЭТИ аргументы свидетельствуют о том, что классическая гипотеза контракции несостоя­тельна, хотя идея сжатия Земли должна учитываться в объяснении геотектонических процессощ

ПУЛЬСАЦИОННАЯ ГИПОТЕЗА

Пульсационная гипотеза (лат. pulsatio - пульсация, биение) является как бы компромиссной между двумя предыдущими. Идеи чередования в истории Земли фаз сжатия и расширения выска­зывались А.Ротплетцем, В.Бухером и другими учеными, но были существенно дополнены и раз­виты в 30-х годах академиками В.А.Обручевым и М.А.Усовым. Согласно этой гипотезе, земной шар переживает поочередно то фазу сжатия (преобладает), то расширения.

Согласно В.А.Обручеву, в стадию расширения доминируют радиальные, вертикальные дви­жения: в подвижных поясах происходит растяжение коры с образованием геосинклиналей; в ста­бильных участках кора выпучивается и разбивается трещинами, образуются грабены и горсты. В геосинклинальных областях, уже подвергшихся складчатости ранее, происходит поднятие склад­чатой страны в результате изостатического выравнивания. На стабильных участках образуются грабены и горсты. С фазами расширения связана и магматическая деятельность: с расширением связано уменьшение давления на магматический слой, поэтому магма переходит в жидкое состоя­ние, образуются интрузивные тела, оживляются вулканические процессы.

При сжатии коры преобладают тангенциальные движения, приводящие к смятию в складки геосинклинальных отложений, глыбовой складчатости фундамента платформ; образуются надви­ги, происходят процессы регионального метаморфизма с образованием гнейсов и кристалличес­ких сланцев.

Причинами сжатия, по В.А.Обручеву и М.А.Усову, является выделение тепла в предшествую­щую стадию расширения благодаря выносу его лавами, газами, парами и т.д., а также гравитаци­онное уплотнение внутренних зон Земли. Причины расширения, возможно, связаны с фазовым переходом магмы из твердого состояния в жидкое.

Пульсационная гипотеза, допуская как сжатие, так и расширение земной коры, гораздо ше, чем контракционная гипотеза, объясняет роль магматических явлений, образование разломов, складчатых и колебательных движений, а также периодичность геотектонических процессов в ис­тории Земли. Процессы сжатия и расширения земной коры, по-видимому, объясняются и воздей­ствием на внутренние сферы нашей планеты космических причин.

Последовательным сторонником пульсационной гипотезы является академик Е.Е.Милановс- кий. В своих работах он связывает в единое целое геотектоническую цикличность и ряд зависящих от нее процессов.

По мнению Е.Е.Милановского (1999), в ходе изучения геологического развития Земли посте­пенно выявляется планетарного масштаба периодичность, выраженная в существовании иерархи­ческой системы из циклов разных порядков. Наиболее достоверно она установлена для фанеро-зойского интервала. Первоначально эта периодичность усматривалась, главным образом, в нали­чии накладывающихся друг на друга геотектонических циклов различной длительности, завер­шавшихся все более частыми и интенсивными деформациями сжатия в земной коре. Однако в последнее время стало ясно, что не меньшую роль во внутренней структуре циклов играли про­цессы растяжения и общего расширения земной коры, которые, по крайней мере, в первых поло­винах циклов превосходили по своему масштабу проявления ее сжатия и сокращения. Осознание этой закономерности привело ряд исследователей ко все большему признанию концепции reef, пульсаций.

В настоящее время в фанерозое выделяются два наиболее крупных геотектонических цикла (мегацикла) - палеозойский и мезокайнозойский мегациклы. Палеозойский мегацикл начался на рубеже венда и кембрия, после завершения байкальского мегацикла, и закончился на рубеже пф: ми и триаса последними пароксизмами герцинской складчатости и почти полным "закрытием" главных подвижных (геосинклинальных) поясов (кроме Циркум-Тихоокеанского). Второй - про­должающийся, ХОТЯ, вероятно, уже приближающийся к своему финалу, мезокайнозойский мега-цикл. Каждый из этих мегациклов отчетливо распадается на три геотектонических цикла I поряд­ка продолжительностью от 50 до 150-180 млн. лет. Некоторые из них впервые были намечены 1-КОНЦе XIX В. М.Бертраном и по предложению В.Е.Хаина могут именоваться циклами Бертрана. Оба мегацикла начинались со сравнительно коротких (около 50 млн. лет) циклов: салаирского цикла в палеозойском мегацикле и раннекиммерийского в мезокайнозойском. Затем следуют бо­лее продолжительные (до 100-150 млн. лет) циклы - каледонский цикл в палеозойском мегацикле и позднекиммерийский - в мезокайнозойском. На протяжении этих циклов происходило значи­тельное расширение подвижных геосинклинальных поясов и раскрытие внутри них зон с корой океанического типа, которое к концу цикла сменилось их закрытием и несколькими импульсами более или менее сильного горизонтального сжатия. Хотя эти импульсы были повсеместно более или менее синхронными, их относительная роль как естественного рубежа между вторым и треть­им циклами (герцинским - в палеозойском и альпийским - в мезокайнозойском мегациклах) в разных подвижных поясах и их сегментах была неодинаковой. В связи с этим переход от каледон­ского цикла к герцинскому в разных регионах подвижных поясов происходил разновременно: в одних из них между ордовиком и силуром, в других - между силуром и девоном, в третьих - в конце девона, а в четвертых (Урал, Большой Кавказ) каледонский и герцинский циклы слились единый каледоно-герцинский цикл. То же явление, хотя и не столь резко выраженное, имело мее*. то и при переходе от позднекиммерийского цикла к альпийскому: на значительной части протяже­ния подвижных поясов позднекиммерийский (позднемезозойский) цикл завершился на рубеже мела и палеогена ларамийской эпохой сжатия, но в некоторых областях более резкие деформации сжатия происходили еще в юре, начале или середине мела, а переход от мела к палеогену не со­провождался значительными импульсами сжатия. В завершающих палеозойский и мезокайнозой* ский мегациклы развития подвижных поясов - герцинском и альпийском циклах раскрытие зон 4S

корой океанического типа в основном прекратилось, но, наоборот, происходило "закрытие" пси добных зон и постепенно усиливалось сжатие этих поясов. Однако если конец герцинского цикла^ продолжавшегося от 100 до 180 млн. лет, повсеместно завершился орогенным этапом, знаменуя собой окончание палеозойского мегацикла, то альпийский цикл мезокайнозойского мегацикла, на­чавшийся на рубеже мела и палеогена, т.е. 65 млн. лет назад, пока далек от своего завершения и* возможно, продлится еще не менее 50 млн. лет.

По мнению Е.Е.Милановского (1999), при общей близости "сценария" развития подвижных (геосинклинальных) поясов в палеозойском и мезокайнозойском мегациклах, их сходной трехцик-ловой структуре и, вероятно, близкой полной продолжительности (около 300 млн. лет) развитие Земли в целом в течение этих циклов существенно различалось. Если важнейшей глобальной тен­денцией палеозойского мегацикла являлось постепенное объединение кратонов в мегаконтинент Лавразия, а затем слияние последнего с мегаконтинентом Гондвана в суперконтинент Пангея, омываемый суперокеаном Панталасса, то лейтмотивом мезокайнозойского мегацикла был, напро­тив, распад Пангеи на ряд фрагментов, между которыми возникли и разрастались впадины моло­дых океанов, вместе занимающие (так же, как все обломки Пангеи и как реликт Панталассы - Тит хоокеанская впадина) одну треть поверхности Земли. Процесс распада Пангеи и новообразования между ее обломками впадин молодых океанов сопровождался грандиозными вспышками базаль­тового (траппового) вулканизма, проявления которого практически отсутствовали в палеозое. Этот

процесс продолжается до современности, и пока не обнаруживается обраТНОЙ ТеНДеНЦИИ К СМвНе

"разбегания" континентальных блоков их конвергенцией и собиранием в новую Пангею, а разрас­тания впадин молодых океанов - к сокращению их площади за счет поглощения океанской коры на и?! окраинах. Главная геотектоническая тенденция мезокайнозоя либо знаменует собой начало принципиально нового, существенно экспансионного этапа в необратимом развитии Земли, либо, что кажется даже более вероятным, начало нового, не менее продолжительного, чем палеозойский и мезокайнозойский мегациклы вместе взятые, суперцикла ее пульсационного развития, в ходе ко-^; торого доминировавшая в течение мезокайнозоя глобальная тенденция к увеличению объема и площади поверхности нашей планеты, возможно, сменится обратной тенденцией к их сокраще­нию. В этом случае к наиболее крупным циклам геотектонического развития Земли, полностью или частично "вписывающимся" во временные рамки фанерозоя, можно будет предположительло отнести суперциклы (длительностью не менее 0,6 млрд. лет) и, с большей уверенностью, — мега­циклы (около 0,3 млн. лет) и циклы I порядка, или циклы Бертрана (от 50 до 150-180 млн. лет). В качестве геотектонических циклов II порядка, распознаваемых в истории подвижных (геосинкли­нальных) поясов, а начиная с поздней юры или мела - также в истории океанов, могут рассматри­ваться интервалы времени продолжительностью от первых миллионов лет до первых десятков миллионов лет, завершавшиеся относительно короткими (сотни тысяч лет - 1 млн. лет), глобально выраженными фазами усиления деформаций сжатия коры в подвижных поясах, выделенными Г.Штилле в качестве фаз складчатости, или орогенических фаз. Г.Штилле и его современники по­лагали, что "фазы складчатости" разделялись периодами относительного тектонического покоя, однако исследования последнего времени показали, что эти периоды характеризуются активиза­цией рифтинга на континентах и интенсификацией спрединга в ложе океанов, тогда как фазам складчатости отвечают паузы в проявлениях рифтинга, а также замедления и приостановки спре­динга и перестройки его кинематики в ложе океанов. Продолжительность циклов II порядка, кото­рые В.Е.Хаин недавно предложил называть циклами Штилле, как правило, к концу циклов Берт­рана сокращается, а частота фаз складчатости и интенсивность деформаций сжатия во время этих фаз соответственно возрастает.

Проявления цикличности в других геологических процессах. Е.Е.Милановский указыва­ет, что мегациклы и циклы I и II порядков проявляются не только в чередовании периодов и фаз преобладающего сжатия и расширения земной коры, но и в широком спектре коррелятивно и ге-

нетически связанных с ними других геологических и геофизических процессов, в частности, в развитии различных типов магматизма и формировании связанной с ними эндогенной минераге-нии, тектоноэвстатических (а в некоторые периоды истории Земли - и гляциоэвстатических) коле­баниях уровня океана и контролируемой ими цикличности седиментогенеза, геоморфогенеза, формирования кор выветривания и полезных ископаемых осадочного генезиса, изменениях пара­метров геомагнитного поля Земли, в частности частоты геомагнитных инверсий, и многих других явлениях. Так, например, с фазами глобального усиления растяжения земной коры, в частности рифтинга на континентах, раскрытия зон с корой океанского типа в подвижных поясах и ускоре­ния спрединга в ложе океанов связаны глобальные фазы интенсификации базальтового вулканиз­ма, фазы тектоноэвстатического подъема уровня Мирового океана (достигавшего в первой поло-Вине позднего мела рекордной высоты, на 200-250 м превышавшего современный). С фазами рас­тяжения земной коры также связаны трансгрессивные фазы формирования осадочных секвенций в стабильных областях континентов и на их окраинах, периоды регионального выравнивания (пе-непленизации) рельефа континентов, потепления глобального масштаба, гумидизации климата и существенного ослабления широтной климатической зональности, снижения частоты инверсий полярности геомагнитного поля до одной инверсии за несколько миллионов лет и даже за 20-25 млн. лет (в частности, в первой половине позднего мела, отличающейся отсутствием глобаль­ных фаз складчатости) и многие другие явления (рис. 81).

Рис. 81. Связь эпох складчатости, активизации рифтовых зон, вулканических про­цессов, трансгрессий и регрессий (Е.Е.Милановский, 1978, с упрощениями). (Заим­ствовано у Е.В.Владимирской и др., 1985)

Напротив, с фазами усиления горизонтального сжатия и сокращения земной коры коррелиру-ются ослабления и приостановки проявлений базальтового вулканизма на континентах и в ложе океанов и морей. Ими обусловлено "закрытие" зон с океанского типа корой в подвижных поясах и

превращение их в сильно деформированные, нередко обдуцированные или аллохтонные офиолй-товые комплексы, фазы тектоноэвстатического понижения уровня океана (наиболее низко - до минус 50-100 м - упавшего на рубеже перми и триаса). В это время известны регрессивные фазы формирования секвенций и границ раздела между ними, периоды усиления роста горных соору­жений и эрозионного расчленения рельефа континентов, усиление широтной зональности и лате­ральной контрастности климата (соответственно резких похолоданий в периполярных регионах, вплоть до возникновения оледенений или глубокого промерзания и аридизации и развития галоге-неза в периэкваториальных регионах), возрастание частоты инверсий полярности геомагнитного поля вплоть до нескольких инверсий за 1 млн. лет во время фаз складчатости. Поскольку, по со» временным представлениям, существование геомагнитного поля и изменение его параметров вы­зываются процессами, протекающими во внешнем, жидком ядре Земли и близ его границы с ман; тией, можно предполагать, что весь отмеченный выше комплекс взаимосвязанных геологических процессов также в конечном счете контролировался явлениями, происходившими на этих огром­ных глубинах, сигналы о которых в геологическом масштабе времени почти мгновенно ощуща­лись в земной коре и на поверхности Земли, вызывая тектонические деформации и определяя ход других геологических процессов.

ГИПОТЕЗА ДРЕЙФА МАТЕРИКОВ

Отправным пунктом для появления этой гипотезы служит замеченное многими людьми пора-ЗИТелЬНОе совпадение контуров Южной Америки и Африки. Совпадение контуров соседних мате­риков в других местах (Северной Америки и Европы, Австралии и Антарктиды и др.) не так оче_г видно, но тоже имеет место, особенно с учетом шельфа. Напрашивается вывод о том, что это ос-колки когда-то единого материка, "разъехавшиеся" в разные стороны. Имеются также элементы сходства геологического строения участков Южной Америки и Африки, разделенных Атлантичесг ким океаном, Южной Америки и Антарктиды и других. Эти обстоятельства натолкнули ученых на мысль о возможности горизонтального перемещения материков.

Гипотеза перемещения материков была в наиболее полном виде высказана в 1910 г. амери­канским ученым Ф.Тейлором ив 1915 г. австрийским геофизиком А.Вегенером. В книге последне­го "Происхождение материков и океанов" эта гипотеза нашла наиболее полное изложение и иног­да так и называется "гипотеза Вегенера". А.Вегенер сделал вывод о том, что вплоть до начала ме­зозоя континенты составляли единый суперконтинент — Пангею, которая впоследствии расколо­лась, а ее осколки - нынешние материки - сместились в разных направлениях и продолжают пе­редвигаться. Сопротивление океанического дна перемещению осколков вызывает поднятие склад­чатых горных хребтов по краям континентов.

t Яркое изложение и обилие убедительных фактов составляли достоинство книги А.Вегенера и способствовали в 20 - 30-е годы огромной ее популярности. Этой гипотезы- придерживались та­кие известные геологи, как А. Дю Тойт, Э.Арган, Р.Штауб и др.

В начале XX века уже было известно, что основу материковой коры составляет сравнительно легкая сиалическая оболочка (гранитный слой), ниже которой лежит более тяжелая симатическая оболочка (базальтовый слой). Под океанами сиалический слой отсутствует и кора представлена только симатическим (базальтовым) слоем. А.Вегенер сравнивал континентальные плиты с льди­нами, которые медленно "плывут" по массивной симатической оболочке, как по поверхности воды. Однако, несмотря на образность, трудно себе представить реальный механизм такого пере­движения. К тому же было установлено наличие во многих местах долгоживущих глубинных раз­ломов, уходящих глубоко в мантию и сохраняющих свое положение в течение длительного време­ни. Эти и другие факты противоречили гипотезе континентального дрейфа, которая к началу 50-х годов утратила свою популярность.

НОВАЯ ГЛОБАЛЬНАЯ ТЕКТОНИКА (ТЕКТОНИКА ПЛИТ, НЕОМОБИЛИЗМТ

В конце 50-х - 60-е годы XX века началось возрождение гипотезы А.Вегенера на новой осно­ве. Этому способствовали несколько обстоятельств.

Во-первых, палеомагнитные исследования горных пород выявили иное по сравнению с со­временным положение полюсов в геологическом прошлом, а также перемещение континенталь­ных массивов.

Во-вторых, была открыта подводная система срединно-океанических хребтов с грабенообраз-ными погружениями вдоль их осевой части - рифтовыми зонами (см. главу 4). В начале 60-х годов Г.Хесс и Р.Дитц, вслед за А.Холмсом, выдвинули гипотезу расширения дна океанов от срединных хребтов к периферии под действием конвекционных течений в мантии и подъема расплавленного материала из верхней мантии к поверхности. Кроме того, на океаническом дне была выявлена систе­ма полосовых магнитных аномалий, параллельных срединно-океаническому хребту и по отноше­нию к нему симметричных. Базальты соседних полос имеют чередующуюся ориентировку намагни­ченных частиц, то есть образуют положительные и отрицательные магнитные аномалии. Английс­кие исследователи Ф.Вайн и Д.Мэтьюз сопоставили эти аномалии с чередованием эпох прямого и обратного магнитного поля, установленных для кайнозоя, а затем и мезозоя. Они сделали предполо­жение, что такое чередование является результатом последовательного "порционного" внедрения базальтового расплава из мантии по глубинным разломам рифтовых зон срединно-океанических хребтов. Была вычислена скорость раздвижения рифтовых зон, составившая 1 см в год для Север­ной Атлантики и до 6 см в год для некоторых частей Тихого океана. В дальнейшем Д.Вилсон дал понятие о трансформных разломах, оперяющих основную рифтовую систему, и установил факт увеличения возраста вулканических пород по мере удаления от оси рифта (см. схему I, цв. вкл.).

В-третьих, получило окончательное подтверждение наличие в верхней мантии слоя разуплот­ненных, вязких, местами расплавленных пород, который получил название астеносфера, что оз­начает "слабый слой". Верхняя граница астеносферы находится на глубинах 50-60 км под океана­ми и 100-120 км под континентами; нижняя граница соответственно - на глубинах 400 и 250 КМ. Под океанами астеносферный слой значительно толще. Признаки существования этого слоя были отмечены еще Б.Гутенбергом в 1926 г. по уменьшению скорости распространения сейсмических

волн, отчего астеносферу называ­ют также волноводом. Твердую оболочку, расположенную над ас­теносферой и включающую зем­ную кору и верхнюю часть ман­тии, называют литосферой, бук­вально - каменной оболочкой.

Благодаря открытию астенос­феры значительно проще для пони­мания стал механизм горизонталь­ного перемещения плит. Фрагмен­ты литосферы, ограниченные риф­товыми зонами, получившие назва­ние литосферных плит (рис. 82), медленно скользят по вязкой, ра­зуплотненной астеносфере. Это го­раздо понятнее, нежели плавание

Рис. 82. Карта литосферных плит Земли (Зоненшайн, Кузьмин, 1993). ^твеРД^ых СИалических "льдин" В Заимствовано у Н.Л.Добрецова и А.Г.Кирдяшкина, 1994. Границы плит: твердом же симатическом субстра- 7-v- дивергентные, 2 - конвергентные, 3 - трансформныете, как в схеме А.Вегенераг

В конце 60-х годов ученые 3. Ле Пишон, В.Морган, Д.Хэйртцлер, Б.Изакс и др. установили, что таких крупных литосферных плит сравнительно немного (8-10). Плита может быть и океани­ческой, и континентальной, и смешанной. Построения упомянутых, а также многих других исле-дователей, обобщенные под названиями "тектоника плит" (плейттектоника), "новая глобальная тектоника", получили в 70 - 80-х годах огромную популярность среди геологов-тектонистов.

Согласно тектонике плит, действует своеобразный механизм их перемещения. В зонах сре-динно-океанических хребтов конвекционные потоки из мантии достигают поверхности по глу­бинным разломам, и поступающие новые порции базальтовой магмы раздвигают, как клинья, рас­талкивают соседние литосферные плиты, наращивая их изнутри. Зтотцроцесс называется qnpe-, дингом (рис. 83J),

Обратный процесс происходит в областях, подобных тихоокеанскому побережью Азии. Здесб* более тяжелая океаническая плита "пододвигается" вниз под континентальную плиту по накло-^ ненной под углом 40-45° в сторону континента зоне контакта (зоне Заварицкого-Беньофа), к кото­рой именно по этой причине приурочены центры землетрясений. Такой процесс пододвигания од­ной плиты под другую называется субдукцией. Края погружающейся плиты по мере погружения деформируются, переплавляются в астеносфере. Континентальные окраины, на которых происхс^ дят такие процессы, называются активными. Пассивные континентальные окраины находятся вдали от зон спрединга и субдукции. Литосферные плиты, движущиеся по астеносфере, обладают жесткостью и монолитностью, испытывают взаимные горизонтальные перемещения трех типов: а) расхождение (дивергенцию) в осевых зонах срединно-океанических хребтов; б) схождение (конвергенцию) по периферии океанов, в глубоководных желобах, где океанские плиты пододви^ гаются под континентальные или островодужные; в) скольжение вдоль трансформных разломов..,

Есть и другие варианты столкновения плит. Края двух континентальных плит при столкнове­нии могут, сминаясь, вздыбиться вверх (коллизия). Предполагают, что такой процесс при столкно­вении двигавшейся на северо-восток Индийской плиты с огромной Азиатской привел к образова­нию высочайшей горной системы современности - Гималаев и Тибета. В случае не лобового, а бокового столкновения плиты будут скользить друг относительно друга, как происходит, напри­мер, в Калифорнии по разлому Сан-Андреас. Процесс надвигания фрагмента океанической коры на континентальную при столкновении плит называется обдукцией.

ГИПОТЕЗА ПОДКОРОВЫХ КОНВЕКЦИОННЫХ ТЕЧЕНИЙ

Тектонические движения, происходящие в верхних частях земной коры, являются отголоска­ми грандиозных и во многом еще невыясненных процессов, протекающих в мантии и ядре Земли, где находятся источники эндогенной энергии.

Д.Джоли в 1924 г. впервые высказал мысль о влиянии тепла радиоактивного распада элемен­тов на тектонические движения. Д.Джоли считал, что радиоактивное тепло, накапливаясь, нагре­вает основание континентов, базальт плавится и материки в него погружаются, что приводит к трансгрессиям. В дальнейшем базальт плавится и под океанами, континентальные глыбы скользят по нему к западу под влиянием приливных сил Солнца и Луны. Далее континенты вновь остыва­ют и поднимаются, вызывая складча­тость. Континенты занимают места океанов и наоборот. Гипотеза Д.Джо-ли не выдерживает критики, в частно­сти, из-за того, что гранит должен рас­плавиться раньше базальта.

А.Холмс в 1929 г. предположил, что неравномерное распределение подкорового радиогенного тепла по­рождает в мантии систему конвекци­онных течений. Эти восходящие тече­ния вызывают разрыв континентов, их дробление и образование новых океа­нов. На границе континентов и океа­нов происходит, наоборот, нисходящее в мантию течение (рис. 84). Эта гипо-Рис. 84. Конвекционные течения в мантии (по Г.У.Менарду, 1966). теза подкоровых конвекционных тече-Заимствовано у М.М.Судо, 1981: А - образование рифтов на гребне в _{нии на}щла подтверждение В более ПО-местах растяжений; перемещение блоков коры между зонами разло- _{здних построениях новой} глобальной мов на флангах; Б - образование рифтов на флангах; перемещение

блоков коры в стороны, за пределы рифтовых районов, смещения в тектоники. Она впоследствии уточня- зоне гребня меньшего масштаба, чем смещения на флангах лась, ПО мере ТОГО как ВЫЯВЛЯЛОСЬ бо-

"^г -■-.■■■-.■'•■ _{лее СЛОЖН}ое строение мантии. Так,

$.Краус предположил существование двух систем течений в мантии - поверхностной и глубинной. В последнее время накопились новые данные изучения внутренних сфер Земли - мантии и IJtpa, что привело к разработке гипотезы плюмов и горячих полей.

ГИПОТЕЗА ПЛЮМОВ И ГОРЯЧИХ ПОЛЕЙ

Мантийные плюмы (или просто плюмы) представляют собой сравнительно узкие колонны разогретого вещества, поднимающиеся из глубоких слоев мантии. Плюмы, скорее всего, зарожда­ются на глубине не менее 700 км (Сейферт, 1991). По некоторым оценкам диаметр их составляет от 100 до 240 км, а скорость подъема 2 м/год. Плюмы порождают купола диаметром до 1000 км, центральные участки которых возвышаются на 1-2 км над окружающей местностью.

Горячие точки определяются как участки земной поверхности с необычно высокой вулкани­ческой активностью в настоящее время или проявлявшейся в прошлом. Иногда под горячей точ­кой понимают участок внутри мантии, температура которого выше средней температуры на этой глубине. Есть и такие геологи, которые используют термины горячая точка и плюм как синони­мы. Существование горячей точки устанавливается непосредственно из наблюдений за вулкани­ческой активностью рассматриваемой области, тогда как вывод о существовании плюмов - ре­зультат интерпретации, и прямое наблюдение недоступно.

Плюмы встречаются как внутри плит, так и на дивергентных (раздвигающихся) границах между плитами. Примером внутриплитного расположения в океанической области служит плюм под островом Гавайи. Плюм этого типа порождает внутриплитную горячую точку, или горячую точку гавайского типа. Примером плюма, расположенного на дивергентной границе плит, являет­ся плюм под Исландией. Плюмы такого типа порождают срединно-океанические горячие точки или горячие точки исландского типа.

Причины поднятия плюмов. Плюмы поднимаются из глубоких слоев мантии, так как их ве­щество легче окружающих пород, а вязкость этих пород достаточно мала, чтобы в мантии стал возможным режим течения. Они ведут себя как пластическое твердое тело (возможно, частично расплавленное) и поднимаются подобно соляным диапирам. Вязкость вещества мантии в плюмах порядка 10¹⁹ пуаз. Поднимаясь, вещество плюма подвергается внутренним деформациям, что по­рождает очень характерную структуру. Для ксенолитов мантии в вулканических породах, излив­шихся в горячих точках, типична деформационная структура, которая вызвана пластическим тече­нием при подъеме мантийного диапира (плюма)._:

Уменьшение давления в веществе плюма приводит к росту содержания в нем расплава, что в еще большей степени способствует подъему плюма. Этим же объясняется повышенная вулкани­ческая активность в районах горячих точек, в основе которой лежит механизм дифференциации вещества плюма: более легкая расплавленная фаза отделяется от твердого остатка.

В жидком внешнем ядре и в мантии происходит конвекция вещества и образуется сложная система конвекционных потоков.

По данным Н.Л.Добрецова и А.Г.Кирдяшкина (1994), различают два типа моделей тепловой гравитационной конвекции. Согласно первому, предполагается конвекция по всей толщине ман­тии от литосферы (30-100 км) до границы между ядром и мантией (2890 км). В другом типе пред-1|олагается, что конвекция происходит в двух слоях (в верхней и нижней мантии) и на границе их раздела отсутствует существенный массоперенос.

Мантийные плюмы, по мнению Н.Л.Добрецова и А.Г.Кирдяшкина, могут зарождаться на трех уровнях: в верхней мантии, в частности при плавлении субдуцировавшей плиты; на границе верхней и нижней мантии на глубине 670 км; на границе нижняя мантия - ядро. Природа этих плюмов может быть либо чисто тепловая (при плавлении окружающего субстрата), либо чисто химическая (при различии в плотности между веществом плюма и окружающим массивом), либо совместно и тепловая, и химическая (при частичном плавлении окружающего вещества).

Наиболее ярким проявлением горячей точки поверхности Земли можно считать Гавайские острова, представляющие с современными извержениями вулканов завершающее звено Гавайской и Императорской цепи, в которой извержения вулканов удревняются по возрасту от 0 до 42 млн. лет в Гавайской и от 43 до 70 млн. лет в Императорской. Эти цепи вулканических островов с зако­номерно изменяющимся возрастом однозначно трактуются как след движения Тихоокеанской плиты над Гавайской горячей точкой, существующей уже более 70 млн. лет.

Другим важным примером проявления мантийных плюмов являются кимберлитовые поля.

Продолжительность активности современных и существующих в мезозое плюмов составляет от 15 до 90 млн. лет. Например, возраст кимберлитовых полей в Южной Африке, отражающих, вероятно, след движения Африканской плиты над двумя горячими точками, датируется 200-110 и 100-70 млн. лет. Во временном и пространственном расположении горячих точек в течение мезо­зоя наблюдаются определенные закономерности и аналогии с поведением солнечных пятен: горя­чие точки локализованы в средних широтах 40±15° на Земле и 30±10° на Солнце; новые горячие точки появляются в высоких широтах в обоих полушариях и мигрируют по направлению к эквато­ру, после чего начинается новый цикл и сильно меняется магнитное поле. На Земле продолжи­тельность такого цикла 90 или 180 млн. лет, на Солнце - 11 лет. Короткие периоды и более пра­вильное распределение пятен на Солнце - не единственное отличие глубинной циркуляции на

Земле и на Солнце, определяемое различием вещества газообразного Солнца и высоковязкой ман­тии Земли, хотя многие подобия просто поразительны. Возникновение солнечных пятен и их миг­рация к экватору во многом определяются силами Кориолиса, наибольшими в высоких широтах и исчезающими на экваторе. Если исходить из аналогии с солнечными пятнами, то проявление сил Кориолиса возможно в относительно маловязком жидком ядре. Это, в свою очередь, указывает на то, что областью возникновения горячих точек может быть граница ядро - мантия Земли.

Плюмы и многослойная или единая конвекция в мантии являются не альтернативными, а со­четаются в разной степени в различные периоды жизни Земли, причем регулятором может высту­пать интенсивность мантийных плюмов: в период их максимальной интенсивности (например, в период мелового "суперплюма"), по выражению Р.Ларсона, преобладает общая конвекция, в пери­од их минимума более отчетливо проявляется многослойная конвекция, и в целом конвекция в Земле является неустойчивой, нестационарной?¹"'-

По мнению Н.Л.Добрецова и А.Г.Кирдяшкина, вероятным важнейшим регулятором внутрен* них движений в Земле, во всяком случае, в течение последних 2 млрд. лет ее истории, становятся периодические мантийные плюмы, возникающие на границе ядро - нижняя мантия. Их отделение от ядра в процессе конвекции и накопление в слое D может рождать гравитационную неустойчи­вость, т.е. отрыв струй и капель малоплотного вещества, обогащенного флюидом (рис. 85). В лю­бом случае мантийные плюмы, рожденные на границе ядро - мантия и, вероятно, обогащенные

водородом, останавливаются или моди­фицируются на границе верхняя — ниж­няя мантия (около 670 км).

Асейсмичные хребты. Асейсмич-

ный хребет (известный также как след

плюма) представляет собой прямолиней­ную цепь вулканических островов, гайо-

тов и(или) подводных поднятий. От ост­ровных дуг такие хребты отличаются

тем, что имеют не дугообразную форму:

Рис. 85. Разрез земного шара по экватору через Тихий океан. По­казан слой D и быстро поднимающийся от него плюм, который

острова, гайоты и подводные поднятия в них расположены примерно по прямой линии. На самом деле они располагаются

пересекает конвективные потоки мантии (Зоненшайн, Кузьмин, ^ВД°^{ЛЬ малых} КРУГОВ С центром В ПОЛЮСе 1993). (Заимствовано у Н.Л.Добрецова и А.Г.Кирдяшкина, 1994) спрединга, но радиусы их настолько ве­лики, что они имеют вид прямых линий.

Асейсмичные хребты образуются при движении плиты над плюмом. Плюм, расположенный внутри плиты (например, под островом Гавайи), порождает отходящий от него единственный асейсмичный хребет, примером которого является Гавайско-Императорская цепь подводных гор.

Плюм, расположенный под срединно-океаническим хребтом, порождает два или три отходя­щих от него асейсмичных хребта. Хорошим примером такой ситуации служит Исландия. От нее отходят широкий асейсмичный хребет северо-западного простирания в сторону Гренландии и вто­рой тоже широкий асейсмичный хребет юго-западного простирания в сторону Шетландских ост­ровов (к северо-востоку от Шотландии). Плюм, приуроченный к сочленению трех срединно-океа-нических хребтов, может быть родоначальником трех отходящих от него асейсмичных хребтов.

Плюмы первого и второго порядка. Изучение простираний континентальных окраин (изо­бата 2000 м) в Атлантическом, Индийском и Северном Ледовитом океанах, Мексиканском заливе и Карибском море показало, что изменения их среднего направления можно разделить на сильные и слабые. Сильные изменения направлений в среднем составляют около 61°, и именно к ним при­урочены плюмы первого порядка. Расстояние между плюмами первого порядка колеблются от 450

до 2200 км и в среднем составляет около 1700 км. Как правило, здесь располагаются хорошо раз­витые асейсмичные хребты, соединяющие современное положение плюма (обычно на срединно-Океаническом хребте) с тем местом на континентальной окраине, где он зарождался. Многие, если не все, плюмы первого порядка на начальной стадии своего развития были связаны с авлако-генами, которые пересекают континентальную окраину в месте зарождения плюма.

Слабые изменения в ориентировке континентальной окраины составляют в среднем около 29°, и к ним приурочены плюмы второго порядка. Обычно между каждой парой плюмов первого дорядка имеется два-три плюма второго порядка, расположенных в среднем на расстоянии 565 км друг от друга. Большинство плюмов второго порядка также имеют асейсмичные хребты (следы плюма), связывающие их современное положение (на срединно-океаническом хребте) с местом зарождения плюма на континентальной окраине. Однако они менее развиты, чем асейсмичные хребты плюмов первого порядка.

■ Геологические проявления мантийных плюмов. Как указывалось, различают три возмож­ных типа плюмов: пришедшие от границы ядро - мантия с глубины 2900 км, от границы верхняя -нижняя мантия с глубины 660 км и от границы субдуктируемой плиты в тыловой части зон субдук-ции с глубин 100-300 км. Эти плюмы имеют разные масштабы процесса, прежде всего длину и вре­мя своего подъема. Время подъема для нижне- и верхнемантийных тепловых плюмов 0,5-5 млн. лет. Столь малое время подъема, возможно, является предельным; при более сложных условиях плавле^ ния оно может быть и больше. Но именно малое время может объяснить кажущуюся неподвиж­ность горячей точки и независимость движения плюмов относительно движущихся литосферных плит. Периодичность мантийных инверсий и геологических процессов, связанная с мантийными плюмами порядка 30 или 15 млн. лет, также свидетельствует в пользу короткого времени (менее 5 млн. лет) подъема мантийных плюмов. Независимый анализ проявления важнейших геологичес­ких событий за последние 250 млн. лет выявил главную периодичность в 26,6 млн. лет, что с учетом погрешности можно принять равной 30 млн. лет. Здесь важно отметить, что периодичность плюмов ^15^30 млн. лет возможна лишь при времени подъема, равном или меньше 5 млн. лег фщтш&щхщ _*.*- Связь интенсивности мантийных плюмов с инверсией мантийного поля, а также аналогия в возникновении и периодической миграции к экватору солнечных пятен и "горячих точек" Земли свидетельствуют в пользу зарождения большинства горячих точек на границе ядро — мантия, дтйд

Основной рисунок складчатых поясов составляют фрагменты субдукционно-аккреционных и аккреционно-коллизионных комплексов, которые цементируют блоки кратонов, микроконтинен­тов и зрелых островных дуг. В свою очередь, пояса пронизаны коллизионными и постколлизион­ными гранитами и перекрыты крупными постколлизионными осадочными бассейнами, такими, как Западно-Сибирский. Аналогично этому, крупные кратоны покрыты осадочным чехлом, в том числе в форме крупных осадочных бассейнов, и разбиты молодыми и древними (авлакогенными)

рифтами. ?1ШИЕН«^ШОда»Ж»С .Ш0-У^--г ; ■ ■->. .^а.

,,._? В этой исключительно сложной структуре уже давно удалось подметить закономерную по­вторяемость основных элементов (структурно-формационных комплексов) в пространстве и во времени. В "геосинклинальной" терминологии эти комплексы относятся к начальной, ранней, средней, поздней и завершающей стадиям эволюции геосинклинали или складчатого пояса. Уже давно эти стадии помогли систематизировать позицию рудных месторождений (Ю.А.Билибин, 1955). Хотя трактовка названных стадий с точки зрения тектоники плит существенно изменилась, само деление на стадии и большинство относимых к ним комплексов сохранило свое значение. Попытаемся дать новую трактовку этим стадиям с учетом проведенного моделирования.

Начальную стадию, сравниваемую с первой стадией геосинклинального развития, следует понимать как стадию раздвижения континентов и открытия океанов. Эта стадия в настоящее вре­мя наблюдается в Красном море, Аденском заливе и прилегающей части Индийского океана, а также в Северной Атлантике (особенно к сейеру от Исландии). Основные процессы, этой стадий

периокеанический рифтинг, спрединг в океанических желобах краёв континента и фор­мирование пассивной окраины с мощными карбонатно-терригенными толщами, переходящими в глубоководные осадки. Реликты океанических офиолитов (ранней океанической коры и глубоко­водных осадков океанов) могут сохраниться в субдукционных комплексах. Но лучше сохраняются осадки и структуры оперяющих рифтов на континентах.

Ранняя стадия (раннеорогенная по геосинклинальной теории) характеризуется образовани­ем хотя бы с одной стороны сформировавшегося океана зон субдукции, сначала в виде островных дуг, которые могут смениться затем обстановкой активной континентальной окраины. Образова­ние зон субдукции означает, что раздвижение континентов замедлилось, или остановилось, час­тично сменилось на другой вектор движения, а спрединг и движение океанических плит продол­жается. В эту стадию образуются и затем сохраняются фрагменты офиолитов (чаще офиолиты ок­раинных морей, или надсубдукционные), островных дуг, субдукционно-аккреционные комплексы, осадочные террейны окраинных морей и пассивных окраин. Отличие последних от осадочных формаций предыдущей стадии может быть затруднительным. Наряду с формированием субдукци­онных зон, на другой окраине могут продолжать формироваться осадки пассивных окраин и опе­ряющих рифтов.

-Л Длительность первых двух стадий может быть различной. Первая стадия, еще не закончив­ шаяся в Северной Атлантике и северной части Индийского океана, продолжается более 100 млн. лет. Существование островных дуг, сменяющихся активными окраинами или наоборот, фиксиру­ ется в обрамлении Тихого океана и северо-восточной части Индийского океана более 150 млн. лет. Таким образом, первые две стадии могут достигать 250 млн.лет, хотя реставрируются корот- коживущие океанические бассейны (Мезо-Тетис, Неотетис, Монголо-Охотский), в которых пер­ вые две стадии составляют 60-90 млн. лет.

Средняя коллизионная стадия (предорогенная по геосинклинальной теории, называвшаяся раньше также инверсионной) может протекать в несколько этапов. Они начинаются с коллизии островных дуг, микроконтинентов между собой или с большим кратоном, сокращением площади океана и завершаются столкновением континентов и полным закрытием океана. Каждый этап кол­ лизии может быть относительно кратковременным (10-15 млн. лет, см. ниже), но в целом охваты­ вать интервал около 60-90 млн. лет. Например, закрытие рифейско-вендского Палеоазиатского океана (и ранней Палеопацифики) началось в середине раннего кембрия, а закончилось в среднем ордовике (530-440 млн. лет). Закрытие Герцинского океана началось в позднем девоне, закончи­ лось в середине карбона (360-300 млн. лет). Эти стадии маркируются олистостромами, пиками глаукофанового метаморфизма, морскими молассами, внедрением гранитов, образованием ранних куполов.

Поздняя (постколлизионная) стадия (собственно орогенная) начинается массовым внедрением позднеколлизионных гранитов и формированием гранито-гнейсовых куполов и сопровождается формированием континентальных, часто вулканогенных мо-лассовых прогибов. Граница ее с предыдущей стадией не всегда отчетливая. Например, для гер-цинской стадии Палеоазиатского океана она охватывает средний карбон-пермь (300-240 млн. лет), местами продолжается до раннего триаса, а в ордовике выражена менее отчетливо.

Наконец, заключительная стадия характеризуется отсутствием вулканизма (проявлением только даек) или появлением ареалов щелочного или бимодального базальт-щелочного вулканиз­ма, связанного с горячими точками. В это время формируются крупные постколлизионные бассей­ны озерного или мелководного морского происхождения, наложенные на предыдущие молассы, вулканические прогибы и рифты, такие, как Западно-Сибирский или Джунгарский, Таримский бассейны, содержащие крупные резервуары нефти и газа. Главная стадия формирования назван­ных бассейнов охватывает юру-мел, т.е. около 150 млн. лет, но фактически продолжается до на­стоящего времени (более 200 млн. лет). На древних платформах известны и более длительные пе-

риоды формирования таких бассейнов (Белт, Аделаида в Австралии - более 400 млн.лет; рифейс- кие бассейны Сибирской платформы - более 300 млн. лет) (Зоненшайн, Кузьмин, 1993). Подоб­ ные оценки (150-300 млн. лет) получены выше путем теоретического моделирования. .,*

Подобная последовательность стадий характерна для относительно молодых поясов, начиная с рубежа 1800-2000 млн. лет. Более древние пояса обнаруживают специфичность в своем разви­тии. Длительность отдельных процессов может быть различной. Длительный процесс продолжи­тельностью до сотен миллионов лет характеризует формирование осадочных бассейнов, метамор­физм погребения, островодужный магматизм, а также коллизионные стадии горообразования и метаморфизма (при эрозионной модели подъема). Быстрые процессы (длительностью первые миллионы до десяти млн. лет) включают нормальную коллизию и метаморфизм прогрессивной и особенно регрессивной стадии, связанный с возможностью тектонической транспортировки бло­ков метаморфических пород.

Многочисленные оценки известны для формирования осадочных бассейнов и метаморфизма погребения под толщей накапливающихся осадков. Принимая среднюю скорость накопления осад­ков 0,005-0,01 см/год (Ревердатто и др., 1995) и вероятную мощность осадков 20 км, мы получим время погружения (=максимальное время метаморфизма) 40-20 млн. лет (в среднем 30 млн. лет). Более длительное время означает перерывы в осадконакоплении или другие осложнения. Напро­тив, наличие стресса, приводящее к надвигам, может заметно сократить это время. "Мгновенное" (в геологическом смысле < 1 млн. лет) погружение под мощными надвигами и последующее мед­ленное нагревание длительностью около 15-20 млн. лет в целом дают 15-20 млн. лет для прогрес­сивной стадии зонального коллизионного метаморфизма. Такая же оценка времени будет, видимо, справедлива и для эволюционной кривой погружения и нагревания.

В последние годы обнаружены новые удивительные корреляции глобальных геологических событий, которые позволяют сделать вывод, что первопричиной всех периодических эндогенных явлений, коррелирующих с глобальными изменениями климата, действительно, может быть пуль-сационное отделение от границы ядро - мантия порций мантийных плюмов. Наиболее известен меловой "мегахрон", когда в интервале 124-84 млн. лет не было вообще инверсий магнитного поля, чему соответствует общий максимум мантийного магматизма; все это коррелируется с мело­вым длительным периодом теплого климата на Земле.

Происхождение плюмов. Среди гипотез, объясняющих происхождение мантийных плюмов, можно отметить гипотезы избыточного разогрева за счет концентрации теплогенерирующих эле­ментов в мантии, удара крупного метеорита и повторной активизации восходящего потока веще­ства мантии на месте ранее существовавшего плюма.

Диагностические признаки плюмов. Ниже мы перечислим признаки, которые позволяют определить местоположение активного плюма.

1» Плюмы располагаются под районами современного вулканизма или вблизи них. Однако вулканическая активность связана также с зонами субдукции и авлакогенами; кроме того, она мо» жет иметь место на асейсмичном хребте (следе плюма) за тысячи километров от самого плюма.

2. Вулканические породы, образованные непосредственно над плюмом, представлены, как правило, толеитовыми базальтами. Для толеитов, образованных над плюмом в Исландии, харак­терно необычно низкое (47%) содержание SiO? и довольно высокое (0,4%) содержание К₂О.

3. Плюмы под срединно-океаническими хребтами дивергентных границ плит обычно при­урочены к тем местам, где хребет существенно меняет направление своего простирания. Угол между двумя сегментами хребта, пересекающимися над плюмом, составляет 115-155°. Объясняет­ся это тем, что разломы, развитые поверх плюмов, обычно пересекаются под этими углами, именно они, по-видимому, направляли развитие срединно-океанических хребтов.

4. Авлакогены пересекаются с плюмами во время их зарождения. Поэтому плюм может нахо­диться под хребтом рядом с пересечением авлакогена и континентальной окраины.

5. Возраст вулканов асейсмичных хребтов (следов плюма) последовательно увеличивается по мере удаления от плюма. Такая закономерность хорошо прослеживается на вулканах Гавайско- Императорской цепи подводных гор. .,

6. Над плюмами часто регистрируются обширные гравитационные максимумы.

7. Океаническая кора над плюмами толще, чем в других областях. Например, мощность коры в центральной Исландии равна примерно 14 км, тогда как типичная для океанической коры мощ-г ность (если не считать осадков) составляет около 6 км.

§. Геотермические градиенты над плюмами выше, чем в других областях. В определенном смысле это является как следствием, так и причиной повышенной вулканической активности над нлюмом. В Исландии температура в основании коры (на глубине 14 км) равна приблизительна 1000°С. Следовательно, средний геотермический градиент в этой области составляет 71°С/км, т.е. более чем вдвое превышает нормальную величину 30°С/км.

9. Плюмы часто находятся вблизи районов, где срединно-океанический хребет смещается -рфупными трансформными разломами.

КОНЦЕПЦИЯ ФИКСИЗМА

Против концепции тектоники плит выступают "фиксисты". Сторонники этой точки зрения считают, что взаимное расположение материков в течение всей геологической истории Земли со*-хранялось неизменным, фиксированным. Согласно взглядам "фиксистов", океаны образовались на месте континентов в мезозойско-кайнозойский этап развития Земли. Эта концепция получила развитие в трудах российских ученых В.В.Белоусова, В.В.Тихомирова и др. (Судо, 1981).

В.В. БеЛОуСОВ Представляет развитие океанов следующим образом. Земля длительное время

разогревалась внутренними радиоактивными источниками тепла на глубинах в несколько сотен километров. В результате частичного расплавления ультраосновных пород из верхней мантии выплавлялись базальты. Дальнейшая дифференциация базальтов приводила к обособлению в нил кислого (гранитного) материала. Так сформировалась материковая кора, и уже в архейском акроне она покрывала весь земной шар.

На этой коре существовали лишь мелкие внутриконтинентальные морские бассейны. Океа­нов на поверхности Земли в то время еще не было. Возрастание радиоактивного разогрева приво­дило к появлению очагов полного расплавления ультраосновного вещества мантии. Ультраоснов­ной и основной (базальтовый) расплавы устремлялись по разломам вверх. В области современных океанов они внедрялись, в земную кору и изливались на ее поверхности. При этом базальтовые по­роды превращались в эклогиты. Удельный вес их значительно возрастал. Вследствие этого утяже­ленные глыбы земной коры вместе с внедрившимися тяжелыми ультраосновными интрузиями по­гружались обратно в мантию и растворялись в ней. Таким образом, часть кислого или среднего по-составу материала континентальной коры замещалась ультраосновным материалом мантии. Так формировалась кора нового типа. Этот процесс увеличения основности пород новой коры называ­ют "базификацией" ("базиты" - синоним термина "основная порода"}. Конечный результат бази-фикации, выраженный в образовании океана на месте материка, называется "океанизацией".

Процесс обновления коры, по мнению В.В. Белоусова, закончился в начале мелового перио­да. Образование океанов и опускание их дна шло от периферии к оси. Например, восточная и за­падная окраины современного Атлантического океана были втянуты в опускание и достигли пос­ледней степени базификации раньше, чем его осевая зона. Здесь, в пределах Срединно-Атланти-ческого хребта процесс базификации продолжается до сих пор. Предполагается, что именно с этим процессом связаны высокая сейсмичность, вулканизм и близость к поверхности ультраос­новных интрузий. Считаете», что процесс базификации продвинулся дальше всего на срединных хребтах в пределах рифтовой долины. Они рассматриваются как зоны, опускающиеся под влияни­ем отяжеляющих их интрузий из мантии.

Отвергая возможность горизонтальных перемещений материков, В.В. Белоусов предлагает вернуться к старой идее Гондваны и считать, что материки, входившие в последнюю, соединялись между собой в конце палеозоя и начале мезозоя временными полосами суши и мелкими морями^ Впоследствии такие "мосты" опустились.

Описанная концепция критикуется "мобилистами". Так, П.Н. Кропоткин отмечает, что сколь­ко бы ни добавляли в континентальную кору более плотного симатического материала, она не ста­нет тяжелее плотных перидотитовых масс, которыми сложена мантия, и не сможет утонуть в под-коровом веществе.

По мнению П.Н. Кропоткина, опускание (без раздвигания материков в области Атлантичес­кого и Индийского океанов), которое предполагает В.В. Белоусов, привело бы к перемещению вод океана во вновь образовавшиеся впадины. В этом случае уровень океана должен понизиться на 1 км, а это должно было вызвать огромную регрессию в течение мезозоя и кайнозоя. Но геологи­ческие данные показывают, что в это время наоборот (в сеномане и палеогене) были самые круп­ные трансгрессии.

Представления о том, что океаны возникли на месте былых платформ, широко распространи­лись в 30 - 50-е годы XX в.

Известный немецкий тектонист Ганс Штилле выделял три основных типа структур - склад­чатые пояса, платформы и опустившиеся платформы. Академик А.Д. Архангельский рассматри­вал Тихий океан как опустившуюся платформу. И.А. Резанов, развивая эти представления, отмеча­ет следующее. На континентах все геосинклинальные пояса с обеих сторон ограничены платфор­мами. В океанах установлены такие же структуры. Например, в Индийском океане на Мадагаска­ре, Сейшельских островах, Кергелене обнаружены древнейшие докембрийские образования (в ча-стности, граниты). Часто они перекрыты меловыми и палеогеновыми базальтами, идентичными тем, которые вскрыты буровыми скважинами во втором слое океанической коры. Эти острова рас­сматриваются как обломки (реликты) континентов, существовавших ранее на месте океанов. Все это позволило И.А. Резанову отстаивать представление о том, что Индийский и Атлантический океаны возникли вследствие погружения докембрийской Гондваны. Сторонники "фиксизма" по иному объясняют данные о возрасте пород дна океанов. В.В. Белоусов считает, что омоложение подошвы осадочного слоя по направлению к оси срединного хребта может быть объяснено тем, что осадки здесь фациально замещаются одновозрастными базальтовыми покровами "второго" слоя. В пользу этого в некоторой мере свидетельствуют результаты глубоководного бурения.

* * *

Гипотеза новой глобальной тектоники, безраздельно господствовавшая в геологии в 70 - 80-е годы, на наш взгляд, несколько утратила свою популярность, будучи не в силах объяснить некото­рые факты, одним из которых является отсутствие зон субдукции в некоторых областях, например, вокруг Антарктической и Африкано-Аравийской литосферных плит. Под архейскими щитами всех континентов зона низких скоростей (астеносфера) отсутствует, а это означает, что континентальная кора здесь не отделена от мантии разуплотненным, или астеносферным, слоем. Следовательно, в области архейских щитов континенты не могли перемещаться относительно друг друга.

Изучение геологии докембрия убеждает в том, что концепция плитной тектоники на ранних стадиях истории земной коры неприменима. В нижнем архее весьма распространены мощные гнейсово-гранулитовые комплексы, исходные породы которых сформировались на всей поверхно­сти планеты. Выходы этих комплексов слагают фундамент всех континентов, известны по берегам океанов, а в ряде мест и на их дне. По мнению Л.И.Салопа, докембрийские геосинклинали закла­дывались исключительно на континентальной (сиалической) коре, в результате ее деструкции и погружения. По-видимому, крупные докембрийские тектонические элементы (геосинклинали, щиты, авлакогены и ар.) существовали не меняя своего положения на протяжении весьма дли-

тельного времени - сотен миллионов лет. В докембрии, как и в фанерозое, наблюдалось чередова­ние эпох глобального расширения и сжатия Земли, что было определяющим в развитии земной коры с самого начала ее образования.

Палеомагнитные исследования Б.Эмблтона и П.Шмидта (1979, 1981) по докембрию Африки, Австралии, Северной Америки и Гренландии позволили определить положение полюсов в интер­вале 2,3-1,6 млрд. лет и установить, что полюса для всех упомянутых континентов в течение каж­дого отрезка времени указанного интервала располагались близ друг друга. Следовательно, в ран­нем протерозое континенты занимали примерно то же положение и сходную с современной ори­ентировку относительно полюсов. Иными словами, дрейф континентов и тогда был очень пробле­матичен. Многочисленные данные показывают, что тектонические процессы, которые происходи­ли на протяжении докембрия и дальнейшей геологической истории, имели определенную направ­ленность и в то же время унаследованность от предыдущих этапов развития.

А.Мейерхофф, В.В.Белоусов, Л.И.Салоп, Ф.С.Моисеенко и другие исследователи приводят доказательства не мезозойского, а гораздо более древнего возраста Индийского и Атлантического океанов. В этих океанических бассейнах обнаружены небольшие участки выхода древних пород. Из них рифейские породы известны на западной окраине Срединно-Атлантического хребта в се­верной части Атлантического океана. Докембрийские породы подняты также со дна Центральной Атлантики в районе поднятия Сан-Паулу и на Таити. На нескольких участках восточного крыла Срединно-Атлантического хребта найдены палеозойские трилобиты.

Распределение залежей эвапоритов (соли, гипсы и т.п.) и угля свидетельствуют о примерно таком же, как в настоящее время, положении экватора и климатических поясов. Как показал А.Мейерхофф, 95-96% всех эвапоритов, начиная с позднего протерозоя до современности, мш-а-лись в областях, где ныне испарение превосходит суммарное количество поступающей влаги. Это возможно только в том случае, если Мировой океан и системы атмосферной циркуляции остава­лись Практически неизменными в пространстве и времени, а ось вращения Земли и континенты существенно не меняли своего взаимного расположения. Эти выводы подтверждаются тем фак­том, что отложения эвапоритов любого возраста встречаются только в двух зонах, параллельных современному экватору, - одна к северу, а другая к югу от него. Большинство (88% по объему) промышленных угольных месторождений Земли сосредоточено, за редким исключением, в вос­точной трети или двух третях всех континентов, куда, как и в наше время, поступала теплая влага. Известные ледниковые отложения каменноугольно-пермского возраста в ЮЖНОМ полушарии И миоцен-четвертичного возраста в обоих полушариях распределены биполярно относительно со­временных географических полюсов. Древние коралловые рифы, подобно эвапоритам и залежам угля, образуют широкие полосы, параллельные современному тепловому экватору. На основании всех этих фактов можно сделать вывод, что континенты, океаны, а также ось вращения Земли су­щественно не меняли своего положения по крайней мере с.середины протерозоя до настоящего времени.

В схему тектоники плит не вписывается Исландия, так как мощность континентальной коры здесь достигает 30-40 км и ни один рифт на данной территории не прослеживается.

Необходимо заметить, что новая глобальная тектоника, как и другие гипотезы, вовсе не опро­вергает геосинклинальную теорию. Учение о геосинклиналях возникло на основании обобщения громадного объема фактического материала, собранного в течение порядка 200 лет в областях раз­вития континентальной коры. Нет никаких оснований отвергать все эти достижения после появле­ния новых данных по океаническим областям, тем более что они еще окончательно не осмыслены и процесс получения материалов в областях развития как континентальной, так и океанической коры продолжается. В.Е.Хаин (1986) также отметил, что "учение о геосинклиналях не может быть противопоставлено тектонике плит, являясь эмпирическим обобщением, независимым от какой-либо геодинамической модели. Основные положения этого учения получают хорошее истолкова-

ние с позиции тектоники плит, позволяя существенно углубить и дополнить их содержание и по­нимание".

Упомянутые выше и другие факты приводят к необходимости корректировки гипотезы ли-тосферных плит. Концепция плюмов и горячих полей во многом базируется на понятиях плитной тектоники, хотя несколько иначе объясняет механизм перемещения блоков литосферы. Плейт-тек-тоника, или тектоника плит, по Ч.Б.Борукаеву (1999), характеризуется наличием трансформных разломов, линий подъема (срединно-океанические хребты), линий погружения (желоба) и магма­тизмом вдоль границ плит. Плюм-тектоника же характеризуется отсутствием трансформных раз­ломов, линий подъема, наличием колонн (столбов) поднятия горячего вещества из мантии и ко­лонн опускания холодного вещества из верхних частей земной коры. Вдоль линий погружения нет магматизма (отсутствуют вулканические дуги) (рис. 86).

Сравнительно недавно для уточнения плитной тектоники появилась модель террейнов - мелких ос­колков плит, обладающих внутренней однородностью, целостностью строения, высокой мобильностью и спо­собных перемещаться на весьма большие расстояния по латерали. Террейновый анализ трактует любой складчатый пояс как набор разнородных структурных

элементов — обломков континентов, островных дуг, об-разований ложа океанов и их окраинных морей, внут-

риокеанических поднятий. Как видно, модель террей­нов противоречит логике исторического развития зем-

ной коры.

Рис. 86. Плейт- и плюм-тектоника по Ш.Маруяма (Maftoyaua, 1994)

Недостатки, содержащиеся в концепции плитной тектоники и близких к ней понятий, заставили многих исследователей вернуться к пульсационной гипотезе

(см. выше), которая помогает устранить многие проти­воречия. Так, преобладание процессов спрединга над субдукцией может свидетельствовать об эпохе расши­рения Земли, которая в дальнейшем, возможно, сменится эпохой сжатия с развитием субдукции, складчатости и других процессов. Пульсационная гипотеза наилучшим образом объясняет перио­дический характер процессов тектогенеза в земной коре и других связанных с ними циклических явлений. Потенциал этой концепции, на наш взгляд, далеко не исчерпан и ее применение даст воз­можность более полно осветить взаимосвязь космических и внутриземных процессов, совместно обусловливающих развитие Земли.

СОДЕРЖАНИЕ

предисловие ....... .... …….. . з

ВВЕДЕНИЕ 5