Перемещение и вращение Земной коры. Гравитационные аномалии. О ДРЕЙФЕ КОНТИНЕНТОВ И МИГРАЦИИ ПОЛЮСОВ

В современной литературе выражения «дрейф континентов» и «миграция полюсов» употребляются порою в довольно различном смысле, возникает неясность, как они соотносятся друг с другом; неясность можно устранить, лишь точно сформулировав эти определения. Это необходимо и для того, чтобы смысл, заложенный в эти слова, был ясен.

Все положения теории дрейфа основываются на относительном перемещении континентов, т. е. на смещении частей земной коры относительно произвольно выбранной ее части. В реконструкциях на  4 (с. 29— 31), в частности, даны перемещения континентов относительно Африки, так что Африка на всех картах реконструкции изображается в одинаковом положении. Выбор исходного континента пал на Африку потому, что она представляет собой ядро бывшей древней континентальной глыбы. Если ограничиться исследованием одной части земной поверхности, то, естественно, систему отсчета следует перенести на более узкую область этой части и затем изображать эту отсчетную область в неизменном положении. Выбор такой области сделан из сообрая^ений целесообразности. В результате недавно организованного наблюдения за изменением географических долгот позднее, возможно, перейдут к определению континентальных перемещений на всей Земле относительно Гринвичской обсерватории.

Чтобы избавиться от произвольного выбора системы отсчета, можно было бы определить уравновешенные континентальные перемещения, которые нуяшо было бы установить относительно всей земной поверхности вместо ее части. Такое определение практически связано с большими трудностями и пока не предполагается.

Важно представить себе полную произвольность того, что используемая нами система отсчета связана с Африкой. Если, например, Молен- графф [228] подчеркивает, что Средне-Атлантический вал свидетельствует о движении Африки от него на восток, то я не могу в этом признать противоречия с теорией дрейфа. Относительно Африки двигались Америка и Средне-Атлантический вал на запад, в частности, первая примерно вдвое быстрее последнего; относительно Средне-Атлантического вала Америка двигалась на запад, а Африка примерно с такой же скоростью— на восток; относительно Америки как Средне-Атлантический вал, так и Африка двигались на восток, последняя вдвое быстрее первого. При относительности движения все три высказывания идентичны. Но если мы выберем Африку в качестве системы отсчета, то, согласно определению, мы не сможем установить движения этого континента. Мы уже говорили о том, что этот выбор был бы наиболее целесообразным, если связать систему отсчета не с отдельной частью Земли, а со всей земной поверхностью.

Определяемые таким образом континентальные перемещения еще не содержат никаких выводов об изменении долготы в позиции полюса или субстрата. Я считаю важным отделить эти понятия от понятия континентального дрейфа.

Миграция полюсов — геологическое понятие. Поскольку геологу доступна только верхняя часть земной коры и о прежнем положении полюсов можно судить только с помощью ископаемых свидетельств климата на поверхности Земли, то мы вынуждены считать смещение полюсов поверхностным явлением, т. е. вращением системы параллелей относительно всей земной поверхности или, что также, вследствие относительности всего движения, дает тот же результат, — вращением всей земной поверхности относительно системы параллелей. Чтобы реально проявиться, это вращение, естественно, должно происходить вокруг оси, которая отклоняется от оси вращения Земли. Вопрос о том, как ведет себя при этом внутренность Земли: покоится ли она относительно системы параллелей или относительно земной поверхности, или, что также возможно, вращается относительно обеих, совершенно не затрагивается при этом определении. А это необходимо для внесения ясности. Поверхностные смещения полюсов в этом смысле могут быть доказаны для древних периодов только лишь ископаемыми показателями климата. Геофизика о наличии или возможности таких смещений судить не может.

Установление миграции полюсов по этому определению, однако, связано с трудностями вследствие одновременного проявления континентальных перемещений. Не будь континентальных перемещений, можно было бы непосредственно сравнивать друг с другом положения полюсов, найденные по ископаемым показателям климата, и легко определять направление и величину миграции полюса. Но если в промежутке между двумя рассматриваемыми моментами времени перемещения континентов имели место, то мы на основе климатических показателей можем найти для обоих моментов времени положение полюсов на обеих картах Земли, реконструированных с учетом континентального дрейфа. Но тут возникает своеобразное затруднение, потому что мы не знаем, каким принять для момента 2 «неизменное», т. е. совпадающее с моментом 1, положение полюса, от которого нужно было бы вычислять величину и направление смещения.

Можно было бы поступить, например, следующим образом: если представить себе градусную сетку к моменту 1 прочно зафиксированной на тогдашней поверхности Земли, то к моменту 2 она окажется деформированной вследствие перемещения континентов. Если мы теперь отыщем такую недеформированную градусную сетку, которая как можно ближе сходится с деформированной,  то ее полюса будут «непереместившимися» для момента 2, а их сравнение с подлинным положением полюса, выведенным по ископаемым показателям климата для момента 2, дает величину смещения полюсов между эпохами 1 и 2.

Это было бы абсолютное поверхностное смещение полюсов. Из-за указанного затруднения еще не сделана попытка определения этого смещения; все исследователи всегда ограничивались указанием относительного поверхностного смещения полюсов, т. е. определением позиции полюсов относительно произвольно выбранного континента. Кёппен и автор [151] использовали для этого снова Африку и, следовательно, описали смещение полюсов относительно Африки. Если же выбрать в качестве исходного другой континент, то, конечно, смещение полюсов будет совсем другим. Если бы смещения континентов не происходило, то при любом выборе можно было бы найти то же самое, а именно абсолютное смещение полюсов. Насколько различным получается относительное смещение полюсов вследствие дрейфа континентов в зависимости от выбора отсчет- ного континента, показывает  38, который изображает одно и то же смещение полюсов с мелового периода вначале относительно Африки, затем относительно Южной Америки.

Современное смещение полюсов, как можно заключить по данным Международной службы наблюдения географических широт, может относиться только к земной поверхности. Это веха в ходе развития наших знаний относительно движения полюсов Земли. Недавно удалось установить продолжающееся и ныне смещение полюсов, тогда как раньше мы могли лишь констатировать их периодические колебания относительна неизменного среднего положения. В 1915 г. Ванах впервые установил перемещение среднего положения полюса, но вследствие очень малой тогда еще величины этого перемещения не мог считать свой результат достоверным.

Первое численно несомненное доказательство привел Ламберт в 1922 г., а недавно новый вывод о смещении полюсов сделал Ванах [208] на основе наблюдений Международной службы широт, проведенных с 1900.0 по 1925.9. На  39 мы приводим один из чертежей Ванаха, который хорошо отражает количественную картину. Общее перемещение полюсов,, как известно, состоит из кругообразного, то с большим, то с меньшим радиусом, движения полюса вращения вокруг полюса инерции. Чтобы сделать рисунок наглядным, Ванах изобразил из всех перемещений полюса только три фрагмента, а именно — с самым малым радиусом в период с 1900.9 до 1901.2, затем с очень большим радиусом в период с 1909.9 до 1911.1 и снова с малым радиусом в период с 1924.7 до 1925.9. Полюс инерции Земли, который всегда лежит в центре этого кругообразного движения и вычисляется посредством уравнений, сместился за 1900—1925 гг. вдоль короткой наклонной линии, изображенной в центре чертежа. Его годовое движение (современное смещение полюсов за год) составляет 14 ±2 см, или 140 км (1.3°) за миллион лет. Эта величина больше, чем скорость смещения полюсов в течение мезозоя, выведенная по геологическим данным, но меньше, чем в третичном периоде. При постоянной скорости и направлении движения Северный полюс за 23 млн. лет достиг бы южной оконечности Гренландии.

Это современное смещение полюсов теоретически соответствует не смещению полюсов по отношению к отдельному континенту, а скорее, хотя и не полностью, абсолютному смещению полюсов, отнесенному ко всей земной поверхности, поскольку обсерватории Службы широт распределены по всей Земле. Все же следует учесть, что для получения абсолютного смещения полюсов были бы необходимы точные измерения высоты полюса (наклонения) со всех точек земной поверхности, а Международная служба широт может дать нам лишь приближенные значения абсолютных смещений полюсов. Они могли бы быть точными лишь в том случае, если бы станции Службы широт не изменяли бы своего взаимного расположения вследствие дрейфа континентов. Однако что это происходит в действительности, подтверждается, видимо, выдвинутым Шу- манном [220] соображением, что при определении вышеуказанного движения полюса выявляются остаточные ошибки, которые вследствие их систематического характера нельзя рассматривать как ошибки наблюдения, однако и происхождение их на первый взгляд не ясно.

По моему мнению, указанные смещения полюсов очень важно рассматривать как поверхностные и, таким образом, отделять вопрос об установлении реальности их существования от спорного вопроса о том, возникли ли они благодаря перемещению коры по ее субстрату или являются следствием внутреннего смещения осей. В существующей современной литературе этого не делается, и в результате возникает неясность и путаница. До сих пор перемещение полюсов геологи доказывали эмпирически (геодезисты смещение полюсов выводили из определения широт), некоторые геофизики оспаривают возможность его существования по теоретическим причинам, а третья группа специалистов выдвигает компромиссное предложение: рассматривать его не как результат перемещения внутренней оси, а лишь как итог вращения коры над её субстратом. Чтобы ликвидировать эту неясность, необходимо более строго формулировать понятия, и первый шаг к этому — считать смещения полюсов поверхностными. Подобные поверхностные миграции полюсов установлены как для прошлых геологических периодов, так и для настоящего времени, и, следовательно, не имеет смысла обсуждать их вероятность.

Под перемещением и вращением Земной коры следует понимать движения коры относительно ее субстрата. Слово «кора» является противоположностью внутренности Земли,  так что это определение вполне естественно. Мы имеем многообразные признаки такого перемещения коры над субстратом, но эти данные показывают только направления перемещений, но не их размеры.

Прежде всего мы имеем многочисленные признаки общего вращения коры, которое направлено на запад, т. е. совершается вокруг оси, совпадающей с осью вращения. К этому следует добавить и то обстоятельство, что малые глыбы в своем движении отскакивают от больших глыб и занимают более восточное положение, как это наблюдается в краевых цепях Восточной Азии, на Вест-Индских островах, Южно-Антильской дуге между мысом Горн и Землей Грейама. Кроме того, имеет место поворот острых оконечностей континентов на восток, таких как шельфовые области Зондского архипелага и Флориды, южные оконечности Гренландии ж Огненной Земли, северное окончание Земли Грейама, далее — отлом Цейлона, восточное перемещение Мадагаскара от Африки и Новой Зеландии от Австралии; следует упомянуть еще и сжатие Анд. Все эти явления вначале подпадают под понятие континентального дрейфа, но свидетельствуют о систематическом перемещении на запад континентальных глыб относительно близко расположенных симатических масс океанического дна и поэтому указывают на то, что континентальные глыбы, вероятно, также перемещаются на запад относительно лежащих под ними масс симы. Поскольку эти признаки можно проследить по всей Земле, они становятся свидетельством общего вращения коры в западном направлении. Такое представление находит широкое подтверждение в современной геофизике.

С другой стороны, некоторые явления свидетельствуют также о частичном перемещении коры, в частности по направлению к экватору. Это можно предполагать уже по теоретическим соображениям вследствие существования силы, смещающей континентальные глыбы от полюсов к экватору. Громадная третичная складчатая система от Атласа до Гималаев свидетельствует о сжатии в направлении тогдашнего экватора, которое могло произойти только вследствие перемещения коры над субстратом.

Все это косвенные признаки. Более непосредственное свидетельство перемещения коры над субстратом дает распределение силы тяжести. На этом следует остановиться подробнее.

Мы воспроизводим карту гравитационных аномалий в Центральной Европе, составленную Коссматом [38]. Действительно, наблюдаемые значения силы тяжести, как обычно, редуцированы таким образом, словно весь рельеф Земли сглажен до уровня моря и измерения как бы проводятся на этой отметке, т. е. кроме редуцирования на уровень моря из результата вычитается влияние континентальных масс, расположенных выше него. Редуцированное таким образом наблюденное значение сравнивалось затем с нормальным значением силы тяжести, присущим данной географической широте, и разность, т. е. гравитационная аномалия, изображалась на рисунке. Он наглядно демонстрирует нам дефицит масс под горами, благодаря которому последние компенсируются почти изоста- тически. Коссмат утверждает: «Здесь можно прийти к мнению, уже высказанному некоторыми геофизиками и Геймом, что дефицит возникает не вследствие уменьшения плотности масс (разрыхления) и что благодаря складчатости относительно легкие (менее плотные) верхние части земной коры чрезвычайно утолщались и погружались в пластичный субстрат. Складчатые горы росли не только в высоту, но благодаря своему весу также и в глубину: росту складок вверх, как подчеркивал Гейм, противостоит еще большее проникновение складчатого сооружения вниз». Поэтому на карте мы можем увидеть в некотором приближении топографию нижней стороны сиалической коры. Под Альпами, где аномалия силы тяжести достигает максимального отрицательного значения, подошва сиалической коры глубже всего погружена в симу.

Но нас интересует в данном случае точное сравнение положения этих подземных складчатых масс относительно горных хребтов. Для этого мы просим читателя взять в руки атлас. При этом легко можно установить, что дефицит силы тяжести систематически смещается на северо-восток. Этот примечательный факт подтверждает, следовательно, что подземные складчатые массы в целом более или менее опрокинуты и смещены на северо-восток. Это с определенностью указывает на движение Европейской континентальной глыбы на юго-запад относительно лежащей под ней симы, при котором направленные вниз выступы, вдающиеся в симу, удерживаются трением. Если бы мы имели подобные карты гравитационных аномалий для всей Земли, то могли бы определить направление движений относительно расположенной внизу симы повсюду, где имеются недавно образовавшиеся утолщения глыб. Это, видимо, единственный прямой метод определения перемещения коры. В Европе оно происходит на юго-запад, следовательно, имеет западный компонент, который может соответствовать общему вращательному движению земной коры на запад, и южный компонент, соответствующий перемещению коры к экватору.

К содержанию книги: О теории дрейфа континентов