ПУЛЬСАЦИОННАЯ ГЕОТЕКТОНИЧЕСКАЯ ГИПОТЕЗА В.А.ОБРУЧЕВА И МОБИЛИЗМ

Хотя кинематика, описываемая в теории тектоники литосферных плит, — дрейф материков, спрединг, субдукция, реконструкции прежнего расположения континентов и океанов — не вызывает сомнений, механизм больших горизонтальных перемещений плит остается невыясненным. Этим дискуссионным проблемам тектоники литосферных плит посвящены несколько работ Е.Н. Люстиха [Люстих, 1975] и В.А. Магницкого [Магницкий, Артюшков, 1978]. Я отмечу некоторые дефекты такой трактовки тектоники литосферных плит, при которой в качестве основной движущей силы рассматриваются под- коровые течения в мантии Земли, вызванные внутриземными причинами — тепловой конвекцией и гравитационной дифференциацией мантийного вещества. В конце статьи рассматривается возможность синтеза мобилизма с пульсационной теорией В.А. Обручева.

Основные дефекты конвекционных моделей состоят в следующем.

1. Обширные части плит, недавно образованные в океанах и еще мало охлажденные с поверхности, при неглубоко залегающей астеносфере не могут рассматриваться как жесткие монолитные глыбы.

2. Горизонтальное (тангенциальное) сжатие в моделях конвекции не превышает нескольких десятков кгс/см:, тогда как измеренные добавочные (помимо веса пород) сжимающие напряжения в глубоких рудниках достигают 500—2000 кгс/см* (например, в руднике Колар в южной Индии на глубине 3600 м) (Кропоткин, Фролов, 19741.

3. Согласно конвекционным теориям, растяжение должно было бы охватывать примерно такую же площадь земной коры, как и сжатие, то есть около половины поверхности Земли, Фактически же растяжение наблюдается только в рифтах и вблизи них, т.е. на площади, которая составляет не более 5% поверхности Земли. На остальной площади, как на платформах, так и в фундаменте складчатых областей и в океанах, доминирует горизонтальное сжатие.

4. Распределение изостатических аномалий силы тяжести и отклонений геоида от сфероида (ундуляций геоида [Kaula, 1947]) показывает, что на глубине 40-1000 км на эквипотенциальных поверхностях гравитационного поля Земли зоны максимального геостатического давления протягиваются в Тихоокеанском и Альпийско-Гималай- ском поясах кайнозойской складчатости. Таким образом, не существует такой разницы в давлениях, которая обеспечивала бы устойчивое течение масс от осей спрединга к зонам субдукции.

При теоретических расчетах моделей конвекции обычно принимается граничное условие, соответствующее сохранению уровня и формы верхней поверхности масс, участвующих в конвекции. В действительности же над этой поверхностью находится не жесткая, неизменяемая граница, а воздух или вода. С учетом подвижности верхней поверхности оказывается необходимым для поддержания конвекции, способной создать большие напряжения в земной коре в такой модели, подъем коры в зонах восходящих течений на высоту, совершенно не соответствующую фактическому уровню рельефа дна океанов.

Таким образом, неправильные предпосылки в подобных расчетах конвекционных моделей приводят к совершенно ошибочным выводам относительно напряжений и деформаций в конвекционных ячейках. Даже незначительная дифференциация вещества мантии по химическому составу и плотности исключает возможность термической конвекции, поскольку коэффициент теплового расширения вещества мантии незначителен [Магницкий, Артюшков, 1978].

Отсюда ясно, что необходима разработка новой геодинамической модели, сохраняющей, однако, те выводы о кинематике движения литосферных плит и дрейфе материков, которые суммированы в теориях мобилизма и подтверждены палеомагнит- ными и другими геофизическими и геологическими данными.

Наиболее очевидным дополнением к существующей схеме тектоники плит, уже намеченным в работах А. Гринвуда и Л.П. Зоненшайна, является тезис, что конвекция (или псевдоконвекция, если движение масс в мантии определяется не разностью давлений на уровенных поверхностях, а другими механическими причинами), приводящая к дрейфу материков, представляет собой не чисто механический, атектоно- магматический процесс. В соответствии с законами гравитационной дифференциации происходит не только выжимание вверх и излияние базальтовых выплавок (пироксен-плагиоклазовой эвтектики) в зонах подъема подкоровых течений, но и выплавление гранитной магмы в зонах стока, над поверхностями субдукции.

Гранитный расплав не может быть получен из ультраосновной мантии непосредственно. Однако такая кварц-полевошпатовая эвтектоидная смесь может быть выплавлена из базальтового материала в количестве 10%. В зонах стока на глубине 70-100 км происходит повторная переработка материала базальтов, затянутых сюда в процессе субдукции; одновременно освобождается много воды. Подъем водно-силикатной, пневматолито-эвтектоидной смеси, с последующим отделением воды от магмы, приводит к внедрению гранитной магмы и образованию характерного гранитного слоя континентальной коры [Kraus, 19591. Остаток — рестит пироксенитового состава — приобретает такую же плотность, как гипербазитовый материал мантии и поэтому легко увлекается вниз.

Таким образом, устраняется одно из главных возражений против механизма субдукции плит, состоящее в том, что легкая базальтовая кора не может погружаться глубоко в мантию. Одновременно получает объяснение характерная связь гранитных интрузии со складчатостью во времени и пространстве. В такой модели следует различать два типа разуплотненной мантии: аномальную мантию первого типа, генерирующую базальтовую магму в зонах подъема подкоровых течений, и аномальную мантию второго типа, генерирующую гранитную магму в деформационных призмах, зонах стока течений. Вблизи зон стока подкоровых течений происходит поднятие плато и плоскогорий по мере накопления легких выплавок под корой [Кропоткин, 19801.

Достаточно очевидной является необходимость геологического подхода к разделению поверхности Земли на отдельные литосферные плиты - не только путем выделения микроплит, по существу идентичных срединным массивам, но и в более принципиальном смысле. Анализ строения и истории формирования мезозойско-кайно- зойских, т.е. альпийского цикла, складчатых поясов показывает, что в них развиваются настолько сложные деформации, что это не позволяет - кроме как в самом грубом приближении — рассматривать их, как части жестких (по определению) литосферных плит. Правильным является разделение поверхности коры на области двух главных типов: 1) области, где в мезозое и кайнозое не было значительных деформаций (тектонические платформы), или же произошло растяжение, с образованием новой коры океанического типа; 2) области складчатых поясов (и включенных в них срединных массивов и депрессий внутренних и окраинных морей), поджатые с двух сторон под- двигами и подвергавшиеся сжатию, сокращению поверхности коры. Это представление восходит к понятию о двустороннем орогене, сформулированному Л. Кобе- ром и Э. Краусом (Kraus, 1959j.

Активные границы литосферных плит, на которых происходит субдукция, проводятся сейчас либо с одной стороны складчатого пояса (например, у восточного края Антильской дуги), либо с другой (например, у Тихоокеанского побережья Южной Америки). Такие перескоки границы с одной стороны орогенического пояса на другую, строго говоря, незаконны. Правильный результат в расчетах кинематики плит все же получается по той причине, что обычно поддвиг работает гораздо интенсивнее, чем дру- ой, расположенный на противоположной стороне орогена. Тогда слабым смещением по этому второму поддвигу можно, действительно, пренебречь, изучая в первом, грубом приближении кинематику движений земной коры.

При указанном более геологическом подходе естественным образом выделяются, с одной стороны, ансамбли литосферных плит, образующие три области расползания земной коры: Гондванскую (ее площадь с конца палеозоя увеличилась в 4 раза), Лавра- зиатскую и Тихоокеанскую. С другой стороны, выделяются расположенные между ними пояса развития мезозойско-кайнозойской складчатости, главным образом в геосинклинальных областях. Эти пояса включают в себя также Китайскую платформу, ряд срединных массивов и впадины внутренних морей. Складчатые пояса испытали, в целом, сокращение поверхности [Кропоткин, 19801. Создается впечатление, что на глубине под областями расползания коры происходила сравнительно однородная деформа ция, подобная тем деформациям, которые происходят при расползании большого по площади соляного купола. При этом наверху, в кровле купола, образуется структура "разбитой тарелки". Так же, как соль интрудирует в разрывы кровли, верхняя мантия внедрялась между расходящимися блоками, образуя зоны спрединга. Такая модель существенно отличается от рассматриваемой Кс. Ле Пишоном [Ле Пишон и др., 1977;, Артюшков, 19791, поскольку сами оси спрединга и их взаимное расположение играют здесь второстепенную роль на фоне общей площадной деформации.

Самым важным пунктом в новой геодинамической модели должен быть выбор такого механизма, который согласовался бы не только с кинематикой, но и с р а с п р е- делением и величиной наблюдаемых в земной коре напряжений (сжимающих. растягивающих) исэнергией тектонического процесса, которую можно оценить в 5 • 1026 — 10: эрг/год, судя по суммарной величине энергии землетрясений, выделяющейся за год. Суммарная сейсмическая энергия составляет в среднем 4,5 • 1024 эрг/год, достигая в отдельные годы 102'' эрг/год, и соответствует 0,3-1% всей энергии тектонического процесса, по оценкам Г.Джерфриса и X. Канамори [Ка- namori, 1977|.

Тепловая конвекция сама по себе недостаточна для того, чтобы объяснить наблюдаемую величину общей энергии тектонических процессов. Если принимать модель тепловой конвекции, то пришлось бы считать, что в механическую работу превращается не менее 5% тепловой энергии, выделяющейся в мантии. Это слишком высокий коэффициент полезного действия для предполагаемой тепловой машины. Ни тепловая конвекция, ни гравитационная дифференциация не объясняют, почему сжимающие напряжения в коре так велики и наблюдаются в фундаменте повсеместно (в складчатых поясах различного возраста и на платформах, в том числе в 200 км от Байкальской зоны рифтов и по обе стороны центрального грабена Исландии). По формуле Хаста горизонтальные сжимающие напряжения в верхней части складчатого или кристаллического фундамента составляют приблизительно 0\ + о^ = (0,98 Н + 180) кгс/см2, где Н — глубина от поверхности (в м), о,, о2 — напряжения по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Судя по сейсмологическим данным относительно напряжений в очагах землетрясений, растяжение наблюдается только в зонах рифтов (Байкал, срединные хребты океанов) и охватывает не более 5% поверхности консолидированной коры на нашей планете.

К содержанию книги: Проблемы расширения и пульсаций Земли

Последние добавления:

ВЛАДИМИРО-СУЗДАЛЬСКАЯ РУСЬ

ВНЕШНЯЯ ПОЛИТИКА ДРЕВНЕЙ РУСИ

Владимир Мономах

Летописи Древней и Средневековой Руси

Бояре и служилые люди Московской Руси 14—17 веков

Гипотезы о расширении Земли

ПУЛЬСАЦИОННАЯ ГЕОТЕКТОНИЧЕСКАЯ ГИПОТЕЗА В.А.ОБРУЧЕВА И МОБИЛИЗМ

Дефекты конвекционных моделей тектоники литосферных плит.

Основные дефекты конвекционных моделей состоят в следующем.