Учение об астеносфере. Рифты и разрастание земной коры от оси срединно-океанических хребтов

Открытие астеносферы с резко различными физическими свойствами по сравнению со свойствами над- и подастеносферных слоев мантии делает по меньшей мере дискуссионными всякого рода утверждения фикси- стов о том, что мантия до глубины 700 км и даже 1000 км представляет собой единое структурное целое, будто бы препятствующее развитию явлений мобилизма в коре и слоях мантии. Привлекаемое для такого рода утверждений распространение глубокофокусных землетрясений по краевым сколам (зонам Беньофа) вокруг Тихого океана на глубины 700 км и несколько более следует, очевидно, объяснять характером разрядки накапливающихся здесь тангенциальных напряжений, и только. И не случайно поэтому геофизики после открытия астеносферы сняли свои возражения против мобилизма.

Разнородность строения мантии под материками и океанами, распространяющуюся до глубин в 400 км (подошвы океанической астеносферы), можно объяснить различием характера развивающихся под ними теплофизических процессов, определяемого в свою очередь различиями свойств океанической и континентальной коры. Вполне возможно, что так же как не вечно положение континентов на поверхности Земли, так же не вечны и наблюдающиеся в настоящее время под ними различия в мощностях астеносферы. Ведь астеносферу можно рассматривать в качестве своеобразного аккумулятора глубинного тепла, идущего из недр планеты. В таком случае под более толстой континентальной корой, создающей большие препятствия для оттока тепла в мировое пространство, могут более энергично развиваться эндотермические фазовые переходы вещества мантии в базальт нижнего слоя коры, нежели под более тонкой океанической корой. Но как раз именно такое соотношение мощностей базальтовых слоев коры и астеносферы мы и предполагаем под континентами и океанами. И совершенно очевидно, что мощность астеносферы на участке земной поверхности может меняться в зависимости от горизонтального перемещения материковых плит.

Впрочем, следует отметить, что учение об астеносфере нуждается в некотором уточнении, поскольку разные исследователи по-разному оценивают ее мощность — от тех различных значений под материками и океанами, которые приводились выше (их, например, придерживается В. В. Белоусов), до средних значений в 200 км для всей Земли (В. Н,. Жарков) и даже вплоть до отрицания ее существования под областями кристаллических щитов континентов (И. П. Косминская). Естественно, что последнее экстремальное суждение фиксисты охотно привлекают в качестве новейшего довода против мобилизма, так как те места, где астеносфера будто бы отсутствует, они рассматривают как «мертвые якоря» для континентальных плит. Но, как будет показано ниже, поскольку сомнения в возможности горизонтального перемещения материков ошибочны в самой своей основе, так как «континентальный дрейф ныне геономически хорошо установленный факт» (Р. Р. ван Беммелен), то, естественно, и предположение о прерывистости астеносферного слоя мантии также становится некорректным, раз материки все-таки двигались; поэтому непрерывный слой астеносферы (слой «смазки») должен был повсеместно существовать по крайней мере на каких-то отрезках мезозойской и кайнозойской эр. И уж во всяком случае никто не доказал, что упомянутые «мертвые якоря» существовали всегда. Ведь астеносфера, по-видимому, сама по себе достаточно эфемерное образование, представляющее собой функцию двух переменных: глубинного давления и глубинного тепла Земли.

Фиксисты указывают, что в ряде случаев обнаруживается непосредственная структурная связь между материками и океанами. Но такого рода связь либо весьма полемична, если учесть резкое различие строения континентальной и океанической коры, либо относится к так называемой переходной коре в области окраинных морей. Однако для последнего типа коры, особенно в областях складчатых зон, случаи перехода структур с континента на дно океана можно объяснить и с позиции мобилизма явлениями бокового растаскивания вещества более толстой континентальной коры.

То обстоятельство, что многие складчатые структуры Северной Америки и Северо-Восточной Азии демонстрируют единство в области подвижного Тихоокеанского пояса, опять же не противоречит идеям мобилизма. Ведь этот пояс приобрел современный структурный план совсем недавно, когда мобилистский распад Лавразии был уже в основном завершен и структуры подвижного Тихоокеанского пояса вполне могли развиваться как единое целое вдоль того кольца континентальной коры, которое окаймляло к началу четвертичного периода этот древнейший океан Земли. А то, что он — наиболее древнее морфоструктурное океаническое образование планеты, подтверждается относительно большей молодостью Индийского и особенно Атлантического океанов и вполне достаточным количеством различного рода доказательств. Отрицание этого и утверждение обратного может выглядеть только как крайне дискуссионный прием, который невозможно рассматривать как серьезный довод против мобилизма.

Возражение фиксистов относительно того, что перед движущимися в горизонтальном направлении блоками континентальной коры океаническая кора будто бы должна сжиматься в складки и выжиматься вверх, основано, по-видимому, на чистом недоразумении. Как мы видели выше, при тех углах наклонов, которыми в большинстве случаев обладают поверхности краевых сколов, океаническая кора может только поддвигаться под перемещающиеся в горизонтальном направлении плиты континентальной коры. При этом, естественно, с тыльной стороны этих блоков должна формироваться новая океаническая кора за счет излияния базальтов на дно развивающейся («расщепляющейся») новой океанической впадины. При всех этих условиях донные осадки океанов благодаря своей большой пластичности также вполне могли сохранять спокойное, ненарушенное залегание. Совершенно очевидно, что по указанным причинам отсутствие явлений сжатия в океанических глубоководных желобах также нельзя привлекать в качестве какого-то доказательства против континентального дрейфа.

Впрочем, явление коробления более толстой и жесткой континентальной коры под напором горизонтально перемещающихся литосферных плит действительно наблюдается в местах стыков таких достаточно толстых глыб, как, например, в районах Южных и Высоких Гималаев. Такое коробление в данном случае вполне оправдано, так как оно возникло под влиянием бокового напора со стороны континентальной плиты Индостана, перемещающейся с юга в сторону Азиатского материка. Возникший по обе стороны от линии гималайского контакта Индостанской и Азиатской плит континентальной коры рубец сжатия не только не противоречит, как это иногда полагают некоторые фиксисты, гипотезе мобилизма, а, наоборот, только подтверждает ее. Ведь большинство гималайских геологов всегда исходили и исходят в своих тектонических построениях для этой территории из приоритета именно горизонтальных, а не вертикальных движений земной коры.

В качестве одного из новых возражений против перемещения материков фиксисты используют равенство средних величин теплового потока под континентами и океанами. Такое равенство они объясняют тем, что содержание источника глубинного тепла — радиоактивных элементов — в мантии под океанами выше, чем в мантии под континентами, где радиоактивные элементы переместились в пределы континентальной коры при выделении ее вещества из участков мантии, подстилающих континенты. Но если это так, то при горизонтальном смещении континентов в новое положение тепловой поток под ними должен быть выше, чем тепловой поток под вновь возникшими в результате такого перемещения океанами. А так как в природе этого не наблюдается, то, заключают фиксисты, не было, естественно, и никакого горизонтального смещения материков.

При всей своей кажущейся простоте и убедительности это возражение в лучшем случае дискуссионно. Прежде всего мы еще очень мало знаем о природе теплового потока из недр Земли, а также о его истинной средней величине на континентах и океанах. Но даже если уверовать в полную непогрешимость указанных представлений, то, как правильно замечает ван Беммелен, предположениям фиксистов о большой обогащенностп радиоактивными элементами мантии океанов противоречит низкая радиоактивность океанических базальтов. Кроме того, в настоящее время в научной литературе о тепловом потоке появились исследования,  показывающие, что континентальный дрейф не только не противоречит приблизительному равенству тепловых потоков на континентах и океанах, но, наоборот, сам может служить объяснением этого явления. Наконец, очень странной выглядит и сама идея о локальной по отношению к поверхности Земли избирательной химической дифференциации мантии с выделением только в таких местах континентальной коры. Куда логичнее было бы ожидать наличия на Земле областей (например, в океанах), где этот процесс мог бы развиваться и до сих пор. Между тем такого рода процессы и такие районы на нашей планете в настоящее время неизвестны. И это обстоятельство тоже отнюдь не служит увеличению степени доказательности такого направления критики мобилизма.

Значительно менее убедителен целый ряд возражений фиксистов, который либо еще более дискуссионен в своей основе, либо базируется на неверном истолковании имеющихся фактов.

Так, фиксисты утверждают, что связь между континентами, обеспечивающая обмен наземной фауной и флорой между удаленными друг от друга материками, могла происходить вдоль узких полосок суши и цепочек островов. Эти соображения, как мы видели, высказывались еще и во времена Вегенера. Однако в палеогеографии этот вопрос никем серьезно не разрабатывался, не говоря уже о том, что само по себе регулярное возникновение таких природных «мостов» достаточно сомнительно с геологической и географической точек зрения. Кроме того, характерен и такой пример (на него также указывал Вегенер). Хотя между Австралией и Азией расположен обширнейший архипелаг многочисленных островов, но, как известно, сколько-нибудь существенного смещения фауны и флоры между этими материками на протяжении многих миллионов лет почти не происходило.

Фиксисты иногда пишут, что объяснение верхнепалеозойского покровного оледенения южных материков гипотезой дрейфа континентов, как это сделал А. Вегенер, будто бы противоречит многим существенным особенностям его распространения. Однако это не так. Как раз только моби- листские реконструкции и могут лучше всего объяснить все закономерности распространения этого грандиозного оледенения, что в последнее время хорошо иллюстрируется исследованиями Хамильтона, автора данной статьи и других ученых.

Фиксисты утверждают, что расположение климатических зон в прошлом можно объяснить и без предположения о горизонтальном смещении континентов. С известными натяжками можно. Но лучше всего, изящнее эта проблема, как известно, решается именно с позиций гипотезы дрейфа материков. И последние изыскания также хорошо подтвердили соответствующие построения Вегенера и Кёппена.

Замечания отдельных фиксистов о том, что при мобилистском сопоставлении будто бы не наблюдается непосредственного продолжения геологических структур с континента на континент (например, между Южной Америкой и Африкой), попросту не соответствуют действительности. И если в этом можно было как-то еще сомневаться во времена Вегенера, когда недостаточно хорошо было изучено геологическое строение упомянутых материков, то в наши дни как раз именно это является одним из самых сильных доказательств в пользу дрейфа континентов.

Попытки фиксистов подвергнуть критике данные палеомагнетизма, свидетельствующие в пользу гипотезы дрейфа континентов, как «весьма поспешные и не серьезные» сами по себе не серьезны, так как весьма тенденциозно излагают суть проблемы. Так, чтобы опорочить данные по установлению палеомагнитным методом прежних местоположений полюсов, они используют результаты определений, произведенных с нарушением граничных условий метода (для метаморфизованных пород или для пород складчатых районов), игнорируют хорошую сопоставимость жестких платформенных частей земной коры, используют ссылки на величины разброса полученных данных вместо того, чтобы оперировать погрешностями средних результатов, и т. п. Такие способы ведения научной полемики по меньшей мере некорректны. Между тем уже одно то, что постоянное совершенствование методики палеомагнитных исследований и массовое накопление фактического материала не отвергают, а все более подтверждают правильность прежних выводов палеомагнитологов в пользу мобилизма, — убедительное тому доказательство.

Утверждение некоторых фиксистов о том, что в природе неизвестны силы, которые могли бы сдвинуть материки, основано на незнании или игнорировании соответствующей (и весьма обширной к тому же) литературы о возможности конвекции вещества мантии или же просто на нежелании с ней считаться. Как было рассмотрено выше, вероятно, в масштабах геологического времени достаточно реальны и вегенеров- ские полюсобежные силы. Раз в настоящее время наблюдаются (например, по обеим сторонам Атлантического океана) вполне реальные следы раздвижения материков, значит и силы, их сдвигающие, в природе существуют. Необходимо лишь эти силы более определенно установить и найти механизм их воздействия на континенты.

На той же основе, по-видимому, покоятся и замечания о том, что явление складчатости в земной коре не может быть объяснено ее горизонтальным сжатием. Почему же не может? Как известно, подавляющая часть современных геологов совсем не сомневается в таком происхождении складок, поскольку только такая точка зрения и соответствует огромному фактическому материалу о природе складчатости.

Таково современное положение дел с критикой идей мобилизма. Все приведенные выше высказывания фиксистов, хотя и достаточно полемичны сами по себе, но их еще можно понять и в большинстве случаев даже оценить, поскольку в конечном счете некоторые из них как раз способствовали уточнению формулировок и улучшению существа теории Вегенера.

Иногда, особенно в период после 1945 г., в геологической литературе при изложении идей А. Вегенера, к сожалению, можно было встретить в их адрес немало весьма эмоциональных и безусловно далеких от науки выражений. Относясь с уважением к данному изданию, мы не станем все эти выражения цитировать здесь, тем более персонифицировать. Кроме того, надо полагать, история развития идей А. Вегенера уже преподнесла геологии достаточный урок в отношении судьбы действительно ярких и глубоко аргументированных идей, еще раз подчеркнув при этом недопустимость резких выражений в ходе ведения научной дискуссии. Порою, очевидно, для того чтобы как-то сгладить резкость своих суждений о мобилизме, фиксисты пытались усилить предпринимаемые ими полемические атаки на мобилизм словами: «объективное рассмотрение», «серьезный научный экзамен» и т. п. Однако даже подобная терминология не добавляла убедительности излагаемым доводам и, естественно, не способствовала по-настоящему объективному рассмотрению обсуждаемой темы. И уже тем более фиксистская критика мобилизма не достигала своей цели, когда, например, использовались доводы вот такого рода.

Как читатель мог убедиться, Вегенер, говоря в начале своей книги об одинаковости очертаний береговых линий Бразилии и Африки, имел в виду только «историю вопроса» создания своей гипотезы. На самом же деле в дальнейшем он все время оперирует понятием «шельф», вполне справедливо полагая, что именно океанический край континентальной ступени определяет собой истинные границы сопоставляемых им материковых плит. Ведь собственно океанические края шельфа и есть истинные границы континентальной и океанической коры. В связи с этим Вегенер и положил в основу своей мобилистской реконструкции Пангеи сходство очертаний краев континентальной ступени материков, а не очертания их побережий.

Между тем некоторые критики гипотезы мобилизма по-прежнему упорно утверждают, что Вегенер сравнивал между собой не очертания краев континентальной ступени, а очертания берегов Атлантического океана (!?). Но ведь очертания берегов и океанического края шельфа в плане, как правило, совершенно не совпадают друг с другом. Зачем же так упорно приписывать Вегенеру то, чего он никогда не думал, а главное, не писал в своей книге (см., например, с. 171 и др.)? Неужели для того, чтобы легче было потом критиковать саму идею? Такого рода неточность может только дезинформировать неискушенного читателя. Не потому ли иногда в целях критики этого основополагающего пункта концепции Вегенера о сходстве очертаний материковых плит почему-то сопоставляют не очертания континентальных склонов, а очертания именно береговых линий различных материков, изображенных к тому же весьма схематично и в неизвестном масштабе?

Надо ли говорить о том, сколь «доказательны» такого рода доводы. Тем не менее они приводятся чуть ли не в качестве одного из самых убедительных аргументов против идеи мобилизма, к сожалению, при полном неуважении к читательской памяти и игнорировании упоминавшихся выше серьезных картографических исследований Булларда и других ученых, проведенных как раз с помощью тех самых квалифицированных расчетов, на необходимость которых так любят менторски указывать фиксисты.

Для объяснения все того же сакраментального параллелизма в очертаниях материковых плит иногда ссылаются на то, что границы материков определяются глубинными разломами, образующими правильную сетку на поверхности Земли. Но при этом забывают, что в той же самой работе, откуда взято это утверждение, несколько ранее говорится о том, что было бы ошибочно пытаться распространять одну сетку простираний глубинных разломов на весь земной шар... Как же тогда быть с правильной сеткой глобального масштаба в предыдущем утверждении?! Что и говорить, удивительная «логичность» и «последовательность», лишь бы только появился еще один «аргумент» для критики мобилизма.

А чего стоит, например, бытующий до последнего времени упрек А. Вегенеру в том, что он практически недостаточно учел в своем труде учение о геосинклиналях (которое, как известно, в той форме, в какой мы его знаем, было развито значительно позднее)? Если следовать такой логике, то одну концепцию (которая критику не нравится) необходимо обосновывать другой концепцией (которая ему по душе), иначе критик не будет считать оппонируемые им построения убедительными и порекомендует сдать их в архив науки. Ему и дела нет до того, что раньше всегда было принято концепции обосновывать только фактами.

Можно привести и другие примеры аналогичной аргументации против мобилизма, но думается, что и всего вышеприведенного вполне достаточно. Автор умышленно избегал персонификации приведенных примеров критики мобилизма, чтобы избежать в дальнейшем обострения полемики. И когда со стороны фиксистов слышатся упреки в том, что их возражениям (см. выше) уделяют мало внимания, то в известной степени это справедливо. Мобилистам, увлеченным разработкой своей концепции, некогда заниматься полемикой, ведущейся сколь эмоционально, столь и необъективно.

Однако из стана мобилистов почти не слышно раздраженных реплик по поводу иных идей. Начало этой похвальной традиции было положено, как мы видим, еще самим Вегенером.

В настоящее время, вопреки воле все еще упорствующих фиксистов, идеи мобилизма победно шествуют по Земле. В ряды мобилистов переходят крупнейшие ученые, в том числе и те, которым были когда-то глубоко чужды эти идеи (например, тот же ван Беммелен). С середины 60-х годов, т. е. с момента поступления новой многочисленной информации о геологическом строении дна океанов, начался третий этап развития неомобилизма в виде учения о плейттектонике, или так называемой новой глобальной тектонике.

Еще в 1956 г. геологический мир потрясла сенсация: на основании изучения результатов изысканий океанографического корабля «Вема» М. Эвинг, Б. Хизен и М. Тарп заявили, что дно Мирового океана рассечено гигантской, поистине глобальных масштабов, трещиной, имеющей общую протяженность не менее 60 000 км и проникающей на многие километры в недра планеты. Эта трещина, выходы которой на поверхность океанического дна соответствуют осевым линиям таких подводных хребтов, как Атлантический, Индоокеанский, Восточно-Тихоокеанский и другие, имеет в поперечном разрезе вид глубокой и узкой расщелины — рифта, окаймленного многочисленными островершинными грядами, которые вытянуты параллельно осевой линии упомянутых (особенно Атлантического) океанических хребтов и генеральному простиранию континентального склона материковых глыб. Более того, оказалось, что осевая линия, а следовательно, и связанная с ней расщелина подводного Индоокеанского и особенно Атлантического хребта практически совпадает с осевой (медианной) линией всей впадины этого океана. Указанное обстоятельство дало основание называть такие хребты срединно- океаническими, что, как будет показано ниже, имеет теперь вполне определенный генетический смысл.

Американские исследователи подчеркнули, что такого рода глобальная трещина сопряжена с многочисленными проявлениями подводного вулканизма и, пожалуй, с еще более многочисленными проявлениями эпицентров землетрясений, т. е. она является тектонически весьма активной структурой земной коры. Наблюдения показали, что над вершинами срединно-океанических хребтов заметен аномально высокий приток глубинного тепла, который служит дополнительным подтверждением реальности существования очень глубокой трещины вдоль осевой поверхности хребта, играющей роль своеобразного тепловода из разогретых недр планеты.

Все эти данные, собранные воедино, привлекли пристальное внимание ученых к изучению строения срединно-океанических хребтов как одной из важнейших глобальных тектонических структур. И результаты такого научного наступления на структуру недр океанического дна не замедлили сказаться.

В начале 60-х годов снова три американских исследователя — Г. Ме- нард, Д. Дитц и Г. Хесс, но на сей раз независимо друг от друга, выступили со сходными гипотезами для объяснения всех перечисленных особенностей срединно-океанических хребтов. По мнению этих ученых, наличие высоких значений потока глубинного тепла над гребнями срединно-океанических хребтов является не только прямым доказательством в пользу существования тепловой конвекции (перемешивания) вещества мантии, но также того, что в этих местах под хребтами в мантии соседствуют две термические конвекционные ячейки  с восходящими, но направленными в разные стороны от оси хребта движениями струй разогретого вещества. Такого рода движения и приводят в конечном счете к образованию осевой расщелины на хребтах, поскольку расходящиеся под ними в разные стороны струи вязкого вещества мантии стремятся разорвать и растащить в разные стороны вышележащие участки океанической коры. Естественно, что в таких местах разогретое вещество мантии получает свободный доступ к поверхности разверзающейся таким образом океанической коры (чем в данном случае и объясняется интенсивный вулканизм) и наращивает ее собой, образуя сре- динно-океанический хребет. В свою очередь взаимные перемещения глыб земной коры в пределах этих хребтов в условиях ее общего растяжения порождают те многочисленные землетрясения, которые с ними обычно сопряжены.

Явления разрастания земной коры от оси срединно-океанических хребтов к их периферии хорошо подтверждались также данными магнитных съемок дна океанов. Так, к началу 60-х годов было уже хорошо известно, что характер расположения аномалий магнитного поля над материками и океанами резко различен, это еще одно существенное доказательство различия в строении материковой и океанической коры. Если над материками эти аномалии распределены в виде достаточно разнородных и хаотически расположенных пятен, то над океаническими бассейнами они, наоборот, образуют строго упорядоченный полосовид- ный («зеброидный») рисунок, в котором полосы обычно идут параллельно осевым линиям срединно-океанических хребтов.

В 1963 г. англичане Ф. Вайн и П. Мэтьюз, основываясь на данных палеомагнитных наблюдений о возможности изменения полярности магнитного поля, при котором через неправильные отрезки времени — в несколько сотен тысяч лет — северный и южный магнитные полюсы Земли меняются местами, показали, что упомянутая выше полосовидность аномалий магнитного поля над океанами — еще одно веское доказательство в пользу разрастания их дна. Дело в том, что вещество мантии, извергаясь на поверхность и наращивая базальтом стенки разверзающейся расщелины осевой линии подводного хребта, должно запечатлевать в своих магнитных минералах именно ту ориентировку магнитного поля, которая была на Земле к моменту отложения новых порций базальта. В итоге на склонах срединно-океанических хребтов и образуются полосы аномалий, расположенные в соответствии со знаком своей намагниченности симметрично относительно осевой линии срединно-океа- нического хребта. Такого рода полосы должны отражать длительность эпох с одноименным расположением магнитных полюсов, а также скорость расширения океанического дна в области подводных хребтовь А именно это и наблюдается в природе.

Новые данные в пользу расширения океанического дна в области срединно-океанических хребтов поступили и со стороны ученых, занятых изучением строения рельефа и осадков дна океанов. Прежде всего они установили, что по мере продвижения в стороны от осевого гребня срединно-океанических хребтов резкость очертаний их склонов существенно сглаживается за счет процессов подводного выветривания скал, а также за счет их перекрытия накоплениями донного ила, толщина которых постоянно возрастает в сторону подножия склонов хребтов. Это ли не доказательство постепенного увеличения возраста склонов хребтов от их гребней к подножиям?

Кроме того (и это особенно важно!), по данным органических остатков, а такя^е по определениям абсолютного возраста илов было неопровержимо установлено, что возраст илов океанического дна непрерывно увеличивается по обе стороны от гребней срединно-океанических хребтов к подводным склонам континентов. И если, например, в районе вершинной поверхности Срединно-Атлантического хребта б!ыли обнаружены только современные илы, то по мере продвижения к континентальным склонам Северной и Южной Америки, с одной стороны, и Европы и Африки — с другой, возраст донных отложений постепенно возрастал, вплоть до мелового и даже юрского периодов.

К содержанию книги: О теории дрейфа континентов