СИАЛИЧЕСКАЯ ГЕОСФЕРА. Складкообразование и образование расколов, сбросов и грабенов. Слои сиаля. Генезис фьордов как эрозионных долин

После того как в предыдущих главах были рассмотрены основные доказательства теории дрейфа материков, мы будем теперь считать ее правильной и в этой, и последующих главах обсудим дополнительно ряд явлений и проблем, которые настолько тесно связаны с нашей теорией, что рассмотрение их является весьма желательным. Я хотел бы подчеркнуть, что эти рассуждения скорее имеют цель наметить вопросы и стимулировать их разрешение, нежели дать на них готовые ответы.

Рассмотрим вначале сиалическую геосферу, которая теперь фрагментарно покрывает Землю только лишь в виде обломков континентальных глыб.

Карта глобальных континентальных глыб. Поскольку шельфы относятся к ним, контуры этих глыб местами значительно отклоняются от известных береговых линий. Для наших исследований важно отойти от обычного изображения глобальной карты и получить надежное представление о действительных очертаниях целых континентальных глыб. Как правило, 200-метровая изобата лучше всего воспроизводит край этих плит, но некоторые их части, также относящиеся безусловно к материковым плитам, достигают глубин 500 м.

Раньше уже говорилось, что материковые глыбы состоят главным образом из гранита. Однако известно, что с поверхности континенты часто сложены не гранитными породами, а осадочными отложениями. Поэтому нам необходимо представлять себе, какую роль они играют в строении материковых глыб. Наибольшую мощность осадочных отложений можно принять равной приблизительно 10 км — величина, которую вычислили американские геологи для палеозойских отложений Аппалачских гор; в других местах этот предел равен нулю, так как обычно породы, слагающие древние горы, лишены какого бы то ни было осадочного покрова. Кларк определяет среднюю мощность   на материковых глыбах в 2400 м. Но поскольку ныне общая толщина материковых глыб оценивается примерно в 60 км, а толщина гранитного слоя — в 30 км, ясно, что этот покров осадочных отложений представляет собой лишь поверхностный слой, образовавшийся из продуктов эрозии и выветривания. При полном удалении его материковые глыбы для восстановления изостазии поднялись бы почти до первоначального уровня, так что рельеф земной поверхности изменился бы мало.

Карту не следует понимать так, будто бы края глыб, обозначенные жирной линией, уже дают границу между сиалем и симой. Как будет показано в следующей главе, дно океана во многих местах, вероятно, еще покрыто сиалическими остатками. Под материковой глыбой в данном случае понимается целый, в значительной степени ненарушенный сиали- ческий покров в противоположность тем океанским сиалическим массам, которые вследствие поверхностного разрушения и разрыва или растекания материала в более глубоких слоях по форме представляют собой разрушенные части глыбы. Итак, следует различать более обобщенное понятие — сиалический покров и более специальное — сиалические глыбы. На нашей карте изображены только последние.

Самыми глубокими изменениями, произошедшими на этих сиаличе- ских глыбах в течение геологического времени, несомненно являются чередующиеся трансгрессии (затопления морем) и регрессии (образование суши). Их чередование в основном связано с тем по существу случайным обстоятельством, что объем вод Мирового океана несколько больше объема существующих глубоководных бассейнов, так что нижние части материковых глыб лежат еще под водой. Если бы уровень Мирового океана находился на 500 м ниже, то эти явления, играющие в геологии столь выдающуюся роль, ограничивались бы узкой краевой полосой. Современные трансгрессии видны из нашей карты. Незначительные изменения уровня поверхности материковых глыб вызывают большие изменения площади затопленных областей. При этом речь идет об изменениях уровня воды, не превышающих нескольких сотен метров. Трансгрессивные эпиконтинентальные моря в прошлом были такими же мелкими, как и современные. На вопрос о том, как эти доказуемые изменения уровня сходятся с принципом изостазии, т. е. с гидростатическим равновесием земной коры, вероятно, можно ответить так: когда материковая глыба иод каким-либо воздействием опускается ниже положения равновесия, возникает дефицит масс, который вызывает силы, ведущие к восстановлению положения равновесия. До тех пор пока изменение уровня держится внутри указанных границ, аномалия силы тяжести остается также в пределах тех границ, которые фактически наблюдаются в различных ючках Земли в виде небольших региональных отклонений от изостазии. При большой вязкости материала требуется, очевидно, превышение определенного предельного значения границы уровня, для того чтобы эти силы смогли осуществить заметные изостатически уравнивающие движения. Возможно, что величина в несколько сотен метров приблизительно характеризует это предельное значение, которое, естественно, нельзя рассматривать как абсолютно постоянное.

Выяснение причин смен трансгрессий и регрессий в истории Земли составит одну из важнейших, но вместе с тем и одну из самых трудных задач будущего геологического и геофизического исследования. В настоящее время вопрос еще не может считаться решенным, хотя имеются достойные внимания попытки по крайней мере найти частичное решение. Главная трудность состоит в том, что геологические съемки, несмотря на наличие ряда палеогеографических карт Земли, еще далеко не столь надежны и полны, чтобы можно было эмпирически проследить проявления трансгрессивного цикла (колебания), локализовав его по месту и времени. Таким образом, имеющегося материала недостаточно для проверки гипотез, привлекаемых для объяснения трансгрессий и регрессий. Кроме того, уже теперь можно сказать, что все трансгрессивные циклы определенно нельзя отнести за счет одной единственной причины, ибо можно назвать целый ряд различных причин, которые принимаются во внимание, цо меньшей мере, как способствующие; таким образом, эта проблема несомненно сама по себе комплексная. Это, конечно, не исключает того, что в будущем, возможно, одна причина будет признана -главной.

Пока, насколько мне известно, могут рассматриваться следующие причины:

1.         Заметное изменение количества вод Мирового океана, на которое влияет образование и расплавление больших внутриматериковых ледяных масс, должно приводить, естественно, к распространению трансгрессии. Характерно, что она происходит одинаково на всей Земле и без нарушения изостазии. Легко можно вычислить, что благодаря образованию ледяной шапки, четвертичной или пермокарбоновой, уровень моря понижался на 50—100 м.

2.         На подъемы и погружения поверхности сиалических глыб могут воздействовать также, без нарушения изостазии, горизонтальное, сжатие (горообразование) или горизонтальное растяжение сиалического покрова (образование сбросов на поверхности, выжимание вверх более глубоких слоев). При. этом толщина сиалического покрова в первом случае увеличивается, во втором уменьшается. Так, благодаря складкообразованию из моря поднялись Альпы, в то время как область Эгейского моря в результате многочисленных сбросов погрузилась, причем сохранились лишь останцы прежней суши в виде островов (сравните схематический  47). Хотя эти процессы местами и происходят при довольно значительных гравитационных аномалиях, однако в принципе они протекают без нарушения изостазии, по меньшей мере без такого нарушения, которое соответствовало бы величине подъема или погружения; кроме того, они связаны со значительным изменением горизонтальных размеров данной области и носят в общем скорее локальный, нежели региональный характер.

3. В качестве других причин можно указать также астрономические изменения движения Земли, в особенности такие, которые влияют на изменение величины сжатия (сплюснутости) Земли, соответствующей ее равновесию. Дело в том, что океан следует без промедления таким изменениям равновесной фигуры Земли, тогда как весьма вязкая масса Земли приспосабливается с опозданием. Вследствие этого при возрастающем сжатии (сплющивании) должны возникать трансгрессии на экваторе и регрессии у полюсов, а при уменьшающемся — наоборот, регрессии на экваторе и трансгрессии на полюсах. В качестве причин таких изменений сжатия Земли рассматриваются колебания скорости вращения Земли вокруг своей оси, которые были недавно установлены путем наблюдений (однако их истолкование еще полностью не достигнуто!), а также изменение наклона эклиптики. При большом наклоне эклиптики силы прилива и отлива должны создавать небольшое вытягивание формы Земли в направлении ее оси. При малом наклоне эклиптики должен иметь место противоположный эффект, а именно увеличение радиуса экватора. Поэтому при возрастании наклона эклиптики следует ожидать трансгрессию на полюсах, а при уменьшении наклона — регрессию на полюсах п трансгрессию на экваторе.

4. Поскольку геологически определяемые смещения полюсов объясняются перемещением земной оси относительно всей массы Земли, они должны быть, как об этом говорилось в предыдущей главе, очень существенной причиной смены трансгрессий и регрессий. Как там было показано, известные факты действительно подтверждают реальность этого эффекта тем, что перед перемещающимся полюсом господствует увеличивающаяся регрессия, позади него — трансгрессия. Я считаю вероятным, что это окажется главной причиной трансгрессий, однако сказанное свидетельствует о том, что наряду с нею проявляют себя и другие причины, число которых, пожалуй, можно даже увеличить.

Указанные в пункте 2 явления растяжения при сбросах и скучивания масс при складчатости составляют наряду со сменой трансгрессий и регрессий второй из главных процессов в геологии континентальных глыб. Издавна они составляют объект изучения в тектонике. В данном случае мы хотим подчеркнуть лишь одно обстоятельство, представляющее интерес в этой связи. Давно уже известно, что возникновение складчатых гор происходит при значительном горизонтальном сжатии, хотя это еще и теперь оспаривается некоторыми авторами, пытающимися объяснить возникновение складчатых гор на основе других принципов. Они остаются, однако, в своих попытках настолько одинокими, что нет необходимости на этом останавливаться. Важно то, что мы не находим ни в старых, ни в молодых складчатых горных сооружениях нарушения силы тяжести такой величины, какая должна была бы быть, если бы эти горные цепи были просто поставлены на земную кору.

Правда, в подобных горах часто встречают хорошо определяемые отклонения от полной изо- стазии, и это заслуживает интереса в другом отношении, но оно все же настолько мало, что в первом приближении мы можем сказать: складчатость горных цепей происходит в общем при сохранении изостатиче- ского равновесия. На  48 схематически показано, что это означает. При сжатии материковой глыбы, плавающей в симе, всегда должно оставаться одинаковым отношение той части сиаля, которая выше симы, к той части, которая погружена ниже поверхности симы. Будет ли толщина сиалического покрова, выступающего из симы, составлять 5, 30 или 60 км, это соотношение должно соответствовать величине от 1: 6 до 1:12. Таким образом, та часть скученных масс, которая вдавлена вниз, должна быть в 6 или в 12 раз больше части, выдавленной вверх. То, что мы видим в горах, является только частью всей сжатой массы. Это (при идеальном сжатии) только те слои, которые и до скучивания складчатых масс уже лежали над уровнем океана. Все, что лежало ниже этого уровня, остается при сжатии также под ним, если не говорить о незначительных перемещениях. Итак, если верхняя часть глыбы состояла из осадочных отложений толщиной в 5 км, то и весь горный хребет вначале состоял из осадков. Только когда они будут снесены эрозией, в процессе изостатического выравнивания поднимется центральная часть первичных пород, а затем, после окончательного сноса осадочного покрова, вырастет широкая горная цепь почти одинаковой средней высоты, сложенная породами древнего основания. В качестве примера первой стадии можно привести Гималаи и соседние с ними горы. Эрозия осадков здесь очень интенсивна, так что ледники почти погребены под обломочными отложениями, как, например, крупнейший в горах Каракорума ледник Балторо. При ширине лишь от 1.5 до 4 км и длине 56 км он несет не менее 15 срединных морен. Альпы находятся во второй стадии, при которой центральная цепь уже состоит из первичных пород основания, но с обеих сторон она еще окружена зонами складчатых осадочных отложений. Поскольку эрозия в первозданных породах древнего основания значительно слабее, альпийские ледники очень бедны моренами; в этом основная причина их красоты. Наконец, норвежские горы представляют третью стадию. Осадочный покров в этом месте большей частью совершенно удален, и подъем древнего основания уже завершился, таким образом, снос осадочных отложений происходит здесь с сохранением изостазии.

Очень часто можно наблюдать, что параллельные складчатые пояса горной цепи расположены в виде ступеней. Если следовать по такому складчатому поясу, то можно обнаружить, что рано или поздно он выходит за край цепи и в конце концов прекращает свое существование, после чего следующая внутренняя цепь образует край, чтобы на некотором расстоянии снова исчезнуть, и т. д. Это происходит тогда, когда глыбы надвигаются не прямо друг на друга, а осуществляют по отношению друг к другу касательное движение (сдвиг), хотя бы по одному компоненту смещения.

В общих чертах результат различных движений глыб относительно друг друга: левая глыба неподвижна, правая движется. Если движение имеет нормальное направление к границе между глыбами, то кулисообразных складок не возникает, а образуются очень крупные надвиги; если оно направлено под углом к границе между глыбами, то образуются ступенчатые кулисообразные складки, которые становятся тем уже и ниже, чем больше направление движения становится параллельным краю глыбы. При полной параллельности возникает поверхность скольжения со сдвигом; если, наконец, движение имеет К0хМ- поненту, направленную от границы глыбы, то мы имеем косое или нормальное растяжение, которое проявляется прежде всего в образовании сбросов и грабенов. Отношение нормальных складок к ступенчатым мы можем хорошо пояснить наглядным способом на скатерти, если придавим какой-нибудь тяжестью ту ее часть, которая должна изображать неподвижную глыбу, а другую часть будем продвигать к ней.

Уже из этих общих рассуждений видно, что ступенчатые складки должны встречаться чаще, чем нормальные, ибо первые представляют собой обычный случай, а последние — особый. Расположение поясов складок это подтверждает. Я хотел бы это подчеркнуть, потому что в геологии часто проявляется стремление признавать взаимосвязанными только такие складчатые пояса, которые находят свое продолжение непосредственно друг в друге, что, согласно сказанному выше, вовсе необязательно.

Складкообразование и образование расколов (сбросов и пр.) —лишь два следствия, вызываемые одной и той же причиной, а именно перемещением частей глыбы относительно друг друга, причем через ступенчатые складки и сдвиги один тип дислокации непосредственно переходит в другой. Поэтому целесообразно иметь здесь в виду также процесс раскалывания.

Лучшим примером образования таких расколов являются грабены Восточной Африки. Они принадлежат к большой системе сбросовых разломов, которую можно проследить в северном направлении через Красное море, Акабский залив и долину р. Иордан до края складчатого хребта Тавр ( 50). По новейшим исследованиям, эти разломы продолжаются также на юг до Капской провинции, наиболее ярко они выражены в Восточной Африке. Неймайр и Улиг [183] описывают их следующим образом: «От устья Замбези на север тянется такого рода грабен, шириной от 50 до 80 км, который включает реку Шире и озеро Ньяса, затем поворачивает на северо-запад и исчезает. Но рядом, параллельно ему, начинается грабен озера Танганьика, о грандиозности которого свидетельствует глубина озера от 1700 до 2700 м; высота похожих на стены крутых склонов грабена составляет 2000 и даже 3000 м. В своем северном продолжении этот грабен включает реку Руссизи, озера Киву, Альберта-Эдуарда и озеро Альберта». «Края впадины представляют собой выступы словно растрескивание Земли здесь было связано с некоторым движением вверх внезапно высвободившихся краев. С этой своеобразной формой вздутия на краях плато связано, пожалуй, также то, что непосредственно восточнее склона Танганьики берут свое начало истоки Нила, в то время как само озеро является истоком реки Конго». Третий характерный грабен начинается восточнее озера Виктория, включает на севере озеро Рудольфа и у Абиссинии поворачивает па северо-восток, где прослеживается дальше, с одной стороны, в Красном море, а с другой —в Аденском заливе. В прибрежной области и внутри бывшей немецкой Восточной Африки эти разломы большей частью принимают форму уступов, восточная сторона которых опущена.

Особый интерес представляет дно грабена большой треугольник между Абиссинией и полуостровом Сомали (между Анкобэром, Берберой и Массауа). Относительно плоская и низменная территория целиком состоит здесь из молодых вулканических лав. Большинство авторов считают это гигантским дном трещины. Это мнение подкрепляется очертаниями обеих береговых линий в Красном море, точная параллельность которых нарушена только этим треугольным выступом; если его отрезать, то противолежащий угол Аравии точно войдет в этот вырез. Уже говорилось о том, что здесь речь, очевидно, идет о сиалических массах нижней части Абиссинских гор, которые односторонне распространялись на северо-восток и поднялись на краю глыбы. Возможно, что трещина была уже заполнена базальтом, так что поднимающиеся вверх сиалические массы несли с собой «шапку» из этого материала. Большое превышение поверхности Афарского треугольника над уровнем океана указывает во всяком случае на присутствие сиалических масс под покровом лавы при условии, что область не обнаруживает значительного избытка силы тяжести.

Возникновение этой сети разломов в Восточной Африке следует отнести к недавнему геологическому прошлому. Во многих местах они прорезают молодые базальтовые лавы, а в одном месте также и плиоценовые пресноводные образования. Во всяком случае они не могли возникнуть раньше конца третичного периода. С другой стороны, возможно, они уже существовали в плейстоценовое время, как это можно заключить по береговым террасам —по отметкам более высокого уровня воды бессточных озер, расположенных на дне грабена. О более длительном существовании свидетельствует озеро Танганьика. Его так называемая реликтовая фауна имеет явно морское происхождение, она позже приспособилась к пресной воде. Частые землетрясения и сильный вулканизм в зоне разломов, по- видимому, указывают на то, что процесс раздвижения происходит здесь еще и сегодня.

Что касается механики образования таких грабенов, то здесь имеется что-то новое лишь постольку, поскольку они представляют собой начальную стадию полного разделения обеих частей глыбы, причем речь может идти о послеплейстоценовых, еще не завершенных расколах или также о ранних тенденциях к раскалыванию, прекратившихся вследствие ослабления растягивающих усилий. Полное разделение происходит, по нашим представлениям, следующим образом. Сначала образуется зияющая трещина только в верхних, более хрупких, слоях, в то время как нижние пластичные слои растягиваются. Поскольку вертикальные отвесные стены указанной высоты могли возникнуть только при очень большой, фактически не наблюдаемой, прочности пород, одновременно с раздвиганием или вместо него образуются наклонные скошенные плоскости скольжения, вдоль которых края обеих частей глыбы, сопровождаемые многочисленными локальными землетрясениями, погружаются в грабен с такой же скоростью, с какой он открывается.

Таким образом, грабен всегда развивается только до средней глубины; дно грабена состоит из сброшенных глыб тех же пород, какие находятся вверху на обеих его сторонах. На этой стадии разлом грабена еще изо- статически не компенсируется, как это характерно, по Э. Колыпюттеру [184], для большей части молодых восточно-африканских грабенов. Здесь имеется некомпенсированный дефицит массы; в связи с этим наблюдается соответствующая гравитационная аномалия и, кроме того, оба края грабена поднимаются вверх до изостатического равновесия, так что возникает впечатление будто грабен проходит в продольном направлении сквозь своеобразное вздутие. Известными примерами таких краевых вздутий являются Шварцвальд и Вогезы по обеим сторонам Верхнерейиского грабена. Если, наконец, трещина разверзнется настолько глубоко, что под ней останутся только более пластичные нижние слои сиаля, то они и расположенная под ними вязкотекучая сима поднимутся, так что существовавший дефицит массы будет скомпенсирован. В этой фазе грабен оказывается компенсированным изостатически как целое. При дальнейшем раскрытии дно трещины сначала целиком заполняется вытянутыми снизу массами пластичных нижних слоев сиалических глыб, покрытых обломками более хрупких верхних слоев, а затем, наконец, при дальнейшем разделении, появляются симатические окна. У огромного грабена Красного моря развитие зашло так далеко, что, как нашли Триульци и Геккер, здесь уже произошла изостатическая компенсация.

То обстоятельство, что верхние слои сиаля значительно более хрупки, чем глубокие, объясняет тот примечательный факт, что соединенные в прошлом края глыб остаются конгруэнтными даже тогда, когда между ними лежат сиалические массы, казалось бы, препятствующие гладкому стыку глыб. Например, восточное побережье Мадагаскара, так же как западное побережье Индостана, обнаруживает поразительно прямолинейный разлом с обеих сторон гнейсовых плато, позволяющий сделать вывод о том, что обе части когда-то были взаимосвязаны.

Однако между ними лежит дугообразный шельф Сейшельских островов, который, очевидно, также состоит из сиаля (острова сложены из гранита), и при реконструкции его следовало бы вдвинуть в этот зазор. Но мне кажется, что мы здесь, вероятно, имеем дело с более пластичным материалом глубоких сиалических слоев, который был извлечен в процессе разделения континентов и поэтому при реконструкции должен был помещаться под обеими частями глыбы. Это, конечно, не исключает возможность того, что он был покрыт более мелкими поверхностными обломками. Подобное соображение относится также к Средне-Атлантическому валу и некоторым другим областям, что важно учитывать, иначе в некоторых местах может показаться загадочным, почему контуры разделенных глыб могут быть почти точно конгруэнтными, в то время как между ними еще лежат беспорядочно расположенные массы сиаля.

Из такой схемы латерального извлечения нижних пластичных слоев сиаля можно сделать вывод, что окраины расколотых континентальных глыб часто попадают на дно глубокого моря в виде ряда сбросовых уступов, проходящих параллельно краю континента; и часто в своей верхней, доступной исследованию части они производят впечатление «флексур», т. е. нависающей поверхности. Однако мы не имеем возможности останавливаться здесь на этих деталях.

Особый вид механических сил должен действовать на краю пластичных континентальных глыб в том случае, если они находятся под покровом внутриматерикового льда. Если нагрузить пластичную лепешку, то, стремясь уменьшить свою толщину и расшириться в горизонтальном направлении, она получит радиальные трещины на краях. Этим объясняется образование фьордов, которые наблюдаются в поразительном однообразии на всех побережьях, когда-то подвергавшихся оледенению (Скандинавия, Гренландия, Лабрадор, тихоокеанское побережье Северной Америки севернее 48° и Южной Америки южнее 42°, а также Южный остров Новой Зеландии). Уже Грегори [185] в своем обширном исследовании (к сожалению, недостаточно оцененном) объяснял образование фьордов за счет разломов. По моим собственным наблюдениям в Гренландии и Норвегии, я считаю неправильным все еще широко распространенное объяснение генезиса фьордов как эрозионных долин.

К содержанию книги: О теории дрейфа континентов