ДРЕВНИЙ КЛИМАТ

Климат и мобилизм. Идея о движении материков

История науки знает множество дерзких, порой фантастических научных предположений и гипотез. С течением времени многие из них забываются, но некоторые с развитием науки и техники получают блестящее подтверждение. Так, в свое время было с гипотезой, согласно которой Земля представлялась шаром, вращающимся в космическом пространстве вокруг Солнца. Тоже самое происходит и с гипотезой дрейфа материков, которая в настоящее время превращается в стройную теорию мобилизма.

Еще в конце прошлого века свидетельством движения континентов считалось сходство очертаний берегов Африки и Южной Америки. Идея о движении материков наибольшую популярность приобрела главным образом благодаря работам немецкого геофизика А. Вегенера в начале XX в. Подтверждением этой идеи послужили не только совпадение очертаний береговых линий Африки и Южной Америки, но и близость геологического строения, фауны и флоры Африки и Южной Америки и широкое распространение в пределах материков южного полушария следов позднепалеозой- ского оледенения. Для аргументации существования дрейфа материков Вегенер и его последователи в начале XX в. привлекали геоморфологические, геологические, палеонтологические и палеоклиматические данные.

Предложенная Вегенером в качестве причины перемещения материков центробежная модель с течением времени не выдержала критики. Точно также были подвергнуты сомнению и другие механизмы дрейфа материков. Это привело к тому, что уже в начале 50-х годов абсолютное большинство ученых рассматривало дрейф материков как одну из многих несостоявшихся и не нашедших подтверждения гипотез.

Подавляющему числу геологов и геофизиков в это время казалось, что мобилизм был каким-то эфемерным эпизодом в истории науки и полностью обречен на бесплодие. Однако в середине XX в. слали накапливаться факты, заставившие ученых по-иному оценить значение мобилистских построений.

Своим возрождением мобилизм прежде всего обязан палеомаг- нитным исследованиям, которые стали широко проводиться во время изучения дна океанов. Рассматривая характер остаточной намагниченности, можно определить направление древнего магнитного поля в каждом конкретном районе. Палеомагнитные данные со всей определенностью свидетельствуют, что главное магнитное поле нашей планеты существовало в течение всей ее геологической истории. Следовательно, основываясь на остаточной намагниченности древних пород, можно определить направление палеомери- дианов.

Первые определения положения древних полюсов показали, что чем древнее исследованная эпоха, тем сильнее отличается положение палеомагнитного полюса от современного. Главное заключалось в том, что положение полюсов является близким для образцов одного возраста с одного и того же континента, но образцы с разных континентов дают расхождение, причем большее по мере увеличения возраста.

Одним из феноменов палеомагнитных исследований стало следующее. При попытке совместить положение магнитных полюсов конца палеозоя и раннего мезозоя с современными географическими полюсами пришлось сдвинуть континенты. При этом континенты приняли очертания именно такой Пангеи, которую в свое время предложил Вегенер, т. е. тогда, когда еще не существовал палеомагнитный метод.

Столь обнадеживающие результаты палеомагнитных исследований способствовали пробуждению интереса к гипотезе дрейфа материков со стороны широких научных кругов. Английский геофизик Буллард и его сотрудники решили проверить исходную предпосылку дрейфа материков — сходство контуров материковых глыб, разделенных в настоящее время Атлантическим океаном. Совмещение материков проводилось на ЭВМ, но не по береговой линии, а по изобате 1800 м, которая проходит примерно по середине континентального склона. Контуры материков по краям Атлантики на значительной части идеально совпали. Аналогичные работы были проделаны и для других частей земной поверхности.

В начале 60-х годов в океанах было открыто существование системы линейных магнитных аномалий с переменным знаком, симметричных осям срединно-океанических хребтов.

Английские геофизики Вайн и Метыоз, опираясь на идею расширения океанического дна и шкалу инверсий магнитного поля в течение последних 4 млн. лет, сделали вывод, что чередование магнитных аномалий (их называют полосовыми аномалиями) разного знака отражает последовательное внедрение, остывание и раз- Движение базальтовой океанической коры. Кроме того, они установили прямую корреляцию между отдельными линейными аномалиями и эпохами существования прямой и обратной полярности магнитного поля.

В эти же годы Г. Хесс высказал предполпжрнир, что горячее мантийное вещество поднимается вдоль рифтовых трещин и под срединно-океаническими хребтами растекается по обе стороны от оси хребта. Расплавленное мантийное вещество заполняет риф- товую трещину, застывает в ней, а затем, разрываясь пополам, наращивает расходящиеся края океанической коры.

В дальнейшем представление о расширении дна океанов от осей срединно-океанических хребтов к периферии получило широкое распространение и многократное подтверждение, особенно после проведения глубоководного бурения. В океанических впадинах были открыты особые разломы, названные трансформными. Эти разломы пересекают срединно-океанические хребты поперек, смещают их оси и тесно связаны своим происхождением с развитием хребтов в процессе расширения дна океана. Позднее трансформные разломы были обнаружены и на континентах.

Большой вклад в развитие мобилизма внесли сейсмологи. Они позволили уточнить картину распределения зон сейсмической активности на земной поверхности. Оказалось, что сейсмические зоны узки и совпадают в океанах со срединно-океаническими хребтами, а на континентах они приурочены к складчатым окраинам материков и к островным дугам.

Все эти данные легли в основу гипотезы новой глобальной тектоники или гипотезы тектоники литосферных плит. Согласно этой гипотезе, океаны образуются в процессе раздвига континентальной коры под действием восходящих и расходящихся в стороны конвективных течений, направляющихся из мантии. Раздвиг вдоль оси срединно-океанических хребтов заполняется базальтовой магмой, которая образует новую океаническую кору. По мере остывания океаническая кора перемещается под действием новой порции поступающего расплава и горизонтальной ветви конвекционного течения. При достижении глубоководных желобов по периферии океанов океаническая кора погружается под континентальную. Следовательно, если в зоне срединно-океанических хребтов происходит растекание, то в областях погружения — сжатие, которые взаимно компенсируются.

Таким образом, сущность концепции мобилизма или тектоники литосферных плит сводится к тому, что по поверхности нашей планеты перемещается ансамбль сферических плит литосферы. Крупных литосферных плит немного, всего 8, а мелких — около двух десятков. Две крупные плиты расположены в пределах Тихого океана и сложены сравнительно молодой океанической литосферой. Каждая из оставшихся шести плит состоит из континентальной литосферы, но включает в себя и древнюю, переработанную океаническую литосферу. К таким плитам относятся: Северо-Аме- ( риканская, Южно-Американская (Бразильская), Африканская, Евразийская, Индостано-Австралийская и Антарктическая.

Края литосферных плит хорошо фиксируются областями сейсмической и вулканической активности, свидетельствующими, в свою очередь, о крупнейших разрывах и швах литосферы. В краевых частях происходят различные по ?няку и амплитудам движения: раздвижение плит, сжатие и пододвигание одной плиты под другую, скольжение одной плиты относительно другой в горизонтальном направлении вдоль трансформных разломов. При раздвигании плит в образовавшиеся трещины внедряется мантийное вещество и образуется новая океаническая кора.

Долгое время считалось, что геосинклинали возникли в результате активных вертикальных движений. Однако, как свидетельствуют новейшие данные, геосинклинали представляют собой зоны сжатия между сдвигающимися литосферными плитами. Так, например, Альпийско-Гималайский складчатый пояс возник в результате столкновения Африкано-Аравийской и Индостанской плит с Евразией. Восточно-Тихоокеанская геосинклиналь (Кордильеры и Анды) образовалась благодаря столкновению Северо- Американской и Южно-Американской плит с Тихоокеанской.

Конвекция в земной мантии приводит к крупным горизонтальным движениям литосферных плит. Раздвижение (спрединг) плит происходит над восходящими конвективными потоками, а уход океанической литосферы в мантию (субдукция) осуществляется над нисходящими конвективными потоками. В первом случае образуется океаническая литосфера, а во втором — континентальная, состоящая из гранитного и базальтового слоев.

Основными доказательствами существования спрединга являются следующие: 1) приуроченность мелкофокусных землетрясений к осям срединно-океанических хребтов и следы трещин параллельных осям хребтов; 2) наличие полосовых магнитных аномалий (чередование полос с положительной и отрицательной намагниченностью); 3) последовательное увеличение возраста базальтового слоя по мере удаления от оси срединно-океаниче- ских хребтов.

При существовании спрединга неизбежна субдукция. На это указывают следующие прямые факты: 1) глубокофокусные землетрясения наблюдаются вблизи глубоководных желобов, глубина которых увеличивается до 700 км по мере приближения к континенту; 2) вдоль глубоководных желобов со стороны континентов существуют зоны отрицательных изостатических аномалий силы тяжести, а над погружающейся частью плиты — зоны положительных гравитационных аномалий; 3) изменение состава изверженных пород: над зонами субдукции в них убывают вода, кремнезем и летучие вещества и возрастает калий.

В настоящее время, используя палеомагнитные и геологические данные о следах древних зон спрединга и древних зон поглощения литосферных плит, Л. П. Зоненшайн и А. М. Городницкий * [36] выделили для фанерозоя разделяемые этими зонами следующие континентальные блоки: Африка, Аравия и Мадагаскар, но без Атласских гор, Южная Америка без Анд, Австралия с Новой Гвинеей, но без ее восточной горной периферии, Индия без Гималаев, Антарктида, Восточно-Европейский, Сибирский, Китайский и Се- веро-Американский континенты, а также микроконтиненты Средне-Европейский, Казахский, Иранский

Построение фанерозойских траекторий движения полюсов относительно каждого из этих блоков по палеомагнитным данным показало, что эти траектории сильно расходятся и в свою очередь неопровержимо свидетельствуют об относительных движениях континентальных блоков. Скорость их в общем-то невелика, всего несколько сантиметров в год, но за миллионы лет каждый из крупных континентов проходит расстояние в несколько тясяч километров.

Положение континентов для кайнозоя и позднего мезозоя определяется путем сближения раздвинувшихся океанов по осям спре- динга до совпадения симметричных осей полосовых магнитных аномалий. Ввиду отсутствия полосовых магнитных аномалий старше верхней юры, для более древнего возраста необходимо применять другие методические приемы. Основными средствами глобальных палеогеографических построений становятся палеомагнит- ные данные — палеошироты и направления палеомеридианов с обязательным привлечением геологических данных.