ЗНАК ВОПРОСА 2005 № 03: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

СОДЕРЖАНИЕ

На первой странице обложки:

«Страшный суд».

Художник В. М. Васнецов

Эскиз рукописи для Владимирского собора в Киеве.

(Государственная Третьяковская галерея)

ГЛОБУС

Е. А. Бельшесов

ПОЧЕМУ ВЫРАСТАЮТ ГОРЫ

И РАСШИРЯЕТСЯ ДНО ОКЕАНОВ?

Откуда берутся горы? На первый взгляд наивный вопрос. Однако убедительного ответа на него не найти ни в одной энциклопедии.

Бесспорно, о строении литосферы уже многое известно. За время существования геологии и горного дела тектоника доступных человеку участков земной коры достаточно хорошо изучена. Вместе с тем первопричины тектонических процессов еще не установлены. Наука о Земле до сих пор не нашла ответа на принципиальный вопрос: почему длительные периоды спокойных эволюционных геологических изменений в твердой оболочке планеты вдруг взрываются бурными проявлениями высокой тектонической активности? В эти редко повторяющиеся и относительно короткие промежутки времени, которые в геологии называются эпохами горообразования и складчатости, земной шар внезапно начинает пучить — нарастает давление под земной корой, континентальные плиты разламываются, раскаленная магма прорывается наружу, вырастают горы, толщи пластов осадочных пород сминаются в складки, а базальтовые поля океанского дна расширяются.

Не зная причин тектонических встрясок Земли, геология изучает их последствия. За период, охватывающий последние два миллиарда лет геологической истории планеты, эмпирически выделено более десяти эпох горообразования. Последняя из них — альпийская — около 20 миллионов лет назад значительно изменила облик Земли: возникли грандиозные горные системы — Гималаи, Памир, Кавказ, Альпы, Анды.

Прежде чем разбираться с причинами вспучивания земной коры, надо бы уяснить себе, почему образовалось два типа коры — континентальный и океанический.

Консолидированная земная кора образована горными породами двух заметно отличающихся одна от другой групп — гранитной и базальтовой. Это продукты кристаллизации остывшей магмы, соответственно, кислого (более 65 % SiО₂) и основного (около 50 % SiО₂) составов. Кроме различий по количественному содержанию кремнезема в химическом составе первых преобладают алюмосиликаты, вторых — магниевые силикаты. Поэтому иногда упомянутые типы коры сокращенно называют «сиаль» и «сима». Физические свойства этих магматических масс имеют существенные различия. Прежде всего, кислые горные породы обладают меньшей плотностью и имеют более низкую температуру плавления (кристаллизации). Кислый расплав характеризуется высокой вязкостью, не позволяющей ему растекаться, в то время как основные породы в расплавленном состоянии отличаются жидкотекучестью.

Эти свойства магмы хорошо иллюстрируются и современным вулканизмом. Базальтовая (основная) лава кипит в гавайских вулканических озерах. Во время извержений гавайских вулканов лава выходит из берегов, и огненные реки стекают в океан. А кислая лава вулканов Камчатки, извергаясь из кратера, наслаивается и образует в рельефе конусные сопки. Зачастую в жерлах таких вулканов создаются пробки, под которыми нарастает давление газов. В этих случаях извержение вулкана носит характер взрыва (Везувий, Кракатау). Или пробка выдавливается в виде штока (Стромболи, Мон-Пеле).

Как же отражаются свойства кислой и основной магмы на строении земной коры? В начальный период развития планеты гравитационная дифференциация привела к расслоению магматической оболочки. На поверхности сложного силикатного расплава всплыли кислые массы. Ниже расположился слой более тяжелой основной магмы. После охлаждения поверхности земного шара и кристаллизации магмы образовалась первичная сплошная гранитная кора планеты, под которой оставались два слоя расплавленной магмы (см. левую схему на рис. 1).

В эпохи горообразования новые порции кислой магмы под напором расширяющейся мантии вытесняются из верхнего слоя сквозь разломы и трещины в твердой оболочке, создавая на поверхности горные нагромождения. Вновь образовавшиеся горы поднимаются на тысяч и метров выше краев разрыва литосферы. Чем больше давление под земной корой в момент ее разрыва, тем выше горы.

Вспучивание и растрескивание гранитной коры может наблюдаться и в платформенных областях вдали от горных систем. Там нет сквозного прорыва магмы на поверхность. Расплавленные массы, внедрившиеся в твердую кору (интрузии), остывают и кристаллизуются в глубине. А в рельефе получаются горы и увалы, скажем, Валдайской возвышенности. Магматическая земная кора почти повсеместно покрыта слоистой толщей осадочных пород, которая надежно скрывает многочисленные трещины и разломы. Поэтому нет ничего необыкновенного в том, что кристаллический фундамент под пластами осадочных пород, на поверхности которых построена Москва, имеет вид разбитой тарелки, а город стоит на семи холмах. Это закономерное следствие минувших эпох активизации тектогенеза. Разумеется, линии разломов следует учитывать при строительстве крупных объектов. Но не более того. Некоторые авторы любят попугать читателей возможными катаклизмами в связи с глубинными трещинами в земной коре. Однако блоки разломов плотно упакованы гравитацией и те, что не расположены в поясах высокой сейсмической активности, лежат неподвижно десятки миллионов лет. И, скорее всего, долежат так до очередной эпохи горообразования. Если бы можно было удалить с поверхности земной коры осадочный покров, то континенты виделись бы из космоса покрытыми сеткой трещин. Не зря в свое время Скиапарелли обнаружил на Марсе системы «каналов». Марс не имеет такого мощного осадочного покрова, как Земля, и линии разрывов магматической коры лучше просматриваются на его поверхности.

С каждой эпохой горообразования по мере увеличения объема кристаллической гранитной оболочки толщина слоя кислой магмы уменьшалась. Наконец, в одну из эпох горообразования (предположительно в герцинскую эпоху — более 200 млн лет тому назад) сквозь истонченный слой кислого расплава прорвались обладающие высокой подвижностью более плотные магматические массы основного состава. Выдавленная наружу жидкая магма, стекая в низины и застывая на ходу, образовала на поверхности гранитной коры базальтовые плато. В отдельных местах разорванная гранитная кора была раздвинута потоками магмы основного состава. После того, как извержение прекратилось, магма застыла в виде бассейнов из горных пород базальтового типа.

В последующие периоды высокой тектонической активности базальтовые бассейны между расколотыми блоками гранитной коры разрослись и превратились в дно океанов. Некогда сплошная гранитная кора разделилась на континенты, под которыми остались изолированные объемы не способной растекаться кислой магмы. Соотношение плотности гранита и базальта такое же, как у льда и воды (2700 кг/м³ : 3000 кг/м³ = 0,9). Поэтому в периоды высокой тектонической активности планеты, когда целостность земной коры нарушена, материки плавают в базальтовом магматическом слое, как айсберги в океане. А в длительные промежутки времени тектонического спокойствия они зафиксированы базальтовой корой и вместе с ней образуют сплошную каменную оболочку Земли (см. правую схему на рис. 1). При этом блоки и обломки континентальной коры (материки и острова) находятся в состоянии изостазии, т. е. в соответствии с законом Архимеда уравновешены выталкивающей силой вмещающих их базальтов. И так же, как по высоте выступающей над водой части айсберга легко определяется толщина скрытого под водой льда, в случае с гранитной и базальтовой составляющими земной коры правомерно утверждать, что над усредненным уровнем океанского дна возвышается одна десятая суммарной толщины континентальной коры и остатков кислой магмы под ней.

Несмотря на то что материки пассивно дрейфуют в потоках расширяющихся полей базальтовой магмы, в их перемещениях можно отметить некоторые закономерности. Посмотрите на глобус. Массивы материков от Антарктиды до Африки соединены в непрерывную цепь узкими полосками континентальной коры. Монолитные континентальные блоки раздвигались по земной поверхности подобно секциям складного метра. В начале цепи наблюдаются два ярко выраженных шарнира — подводная петля, соединяющая конец Антарктического полуострова с мысом Горн Южной Америки, и надводная перемычка Панамского перешейка между Южной и Северной Америками. Далее следуют два неразвившихся шарнира — подводная перемычка между Северной Америкой и Евразией в районе Берингова пролива и полоска суши между Евразией и Африкой — Суэцкий перешеек. Можно предположить, что последние еще растянутся и преобразуются в пластичные соединительные элементы, когда наступит очередная стадия расширения земного шара.

И только Австралийская континентальная плита обособилась без образования перемычки. Может быть, в силу недостаточной массы отделяющегося от Азии блока Австралии разогретая континентальная кора намечавшейся перемычки не вытянулась полосой, а раздробилась на группу крупных экваториальных островов.

Таким образом, различаются два ярко выраженных типа земной коры — континентальная (гранитная) и океаническая (базальтовая). Дело, разумеется, не в океанах. На поверхности естественного спутника Земли на светлом фоне гористых участков четко выделяются темные «лунные моря». Доставленные оттуда образцы лунного грунта оказались близкими земным базальтам; Космические аппараты могут садиться только на ровные поверхности лунных морей. Посадить спускаемый модуль в горах и тем более обеспечить обратный старт с гористой местности проблематично. Поэтому мы имеем пока однобокое представление о составе лунной коры.

Наличие двух типов коры свидетельствует о расширении небесного тела. Без избыточного давления под корой на Луне не смогли бы образоваться высокие горы. Лунные горные хребты и пики (достигающие высоты 9 км) свидетельствуют о том, что вязкая магма вытеснялась под большим давлением. А многочисленные горные массивы, из которых состоят «лунные материки», подтверждают, что были многократные прорывы кислой магмы на поверхность, пока не израсходовался ее запас. После чего стала изливаться жидкая базальтовая магма, и образовались «лунные моря». Подобные базальтовые «моря» наблюдаются также на поверхностях Меркурия и Марса.

Если условно освободить земной шар от океанов, то будет видно, что поверхности Земли, Луны и Марса состоят из светлых и темных участков, т. е. их твердая оболочка представлена корой двух типов (см. рис. 2). Базальтовая кора занимает 60 % земной поверхности. Лунные моря — 40 % видимой поверхности Луны (или около 25–30 % площади обоих полушарий, поскольку на обратной стороне спутника «морей» значительно меньше). Соотношение площадей кислых и основных пород на поверхностях Марса и Меркурия пока никто не подсчитывал. А это важно знать, так как позволяет хотя бы приблизительно судить об увеличении размеров небесного тела. Например, приращение площади поверхности земного шара за счет океанической коры соответствует увеличению радиуса планеты в 1,6 раза. Увеличение радиуса Луны, соответственно, составляет около 15 %.

Вид лишенной гидросферы Земли показывает, что площадь темной океанической коры несколько меньше площади Мирового океана (60 % коры океанического типа против 71 % водного зеркала океанов). Моря и океаны частично покрывают континентальную кору. Под воду уходят шельф и континентальные склоны. К последним примыкает базальтовое ложе океанского дна. Исключением является Северный Ледовитый океан, на дне которого выходы базальтов океанической коры не выражены так масштабно, как в других океанах. Значительная часть дна полярного океана занята подводными выступами материков. Даже пересекающие океан подводные горные хребты и межгорные впадины, как показали исследования образцов породы, относятся к континентальному типу земной коры. Не говоря уже о донных поднятиях арктических морей, возвышающихся над водой в виде многочисленных островов заполярных архипелагов. Континентальная кора дна и островов покрыта осадочным чехлом, к которому приурочены месторождения угля, нефти и газа. Археологические находки стоянок человека каменного века на полярных островах свидетельствуют о том, что в период теплого межледниковья эти земли были обитаемы. В этом смысле морские отмели выше 70-й параллели между Гренландией и архипелагом Шпицберген весьма перспективны для поисков поселений легендарных гипербореев и могут быть включены энтузиастами, занимающимися поисками Атлантиды, в область подводных исследований.

Наличие двух типов коры на планетах земной группы позволяет предполагать, что причины очень редко, но систематически повторяющихся импульсов высокой тектонической активности носят общий для Солнечной системы космический характер. Гористый рельеф планет и спутников является следствием избыточного давления под твердой оболочкой. Правомерно предположить, что все небесные тела земного типа, на которых имеются горы и темные участки «морей», как и Земля, испытали импульсы расширения.

Имеется достаточно подтверждений тому, что материки перемещались по поверхности земного шара. Несколько труднее найти и показать примеры расширения планеты, поскольку они спрятаны на дне океана. Еще сложнее обосновать причины расширения. Эта тема отдельной статьи. Поэтому здесь рассматриваются только самые общие предположения.