Развитие геотектоники

Эти достаточно радикальные перемены не могли не затронуть в той или иной форме и степени развитие геологических наук. В геотектонике они привели к фактическому крушению контракционной гипотезы, которая на протяжении всей второй половины XIX в. служила общепризнанной парадигмой теоретической геологии, на основе которой, на исходе века был создан первый синтез глобальной геологии — «Лик Земли» Зюсса. Чем же был вызван отказ подавляющего числа исследователей от контракционной гипотезы? Во-первых, заменой «горячей» космогонии «холодной». Если Земля изначально не была расплавленной, предположение о ее остывании с уменьшением объема теряло смысл. Во-вторых, открытие радиоактив­ности показало, что в Земле имеется мощный источник ее разогрева; по подсчетам английского физика Р. Стретта (1906), его было Достаточно, чтобы предотвратить охлаждение Земли, а дальнейшие вычисления, например русского геофизика Е. А. Любимовой, Показали, что Земля может даже испытывать вторичный разогрев за счет тепла радиоактивного распада. В-третьих, с открытием шарьяжного строения горных сооружений оказалось, что оно требует сокращения радиуса Земли такого масштаба, который не Мог быть обусловлен ее вековым охлаждением. Интересно отметить, что первые два аргумента ныне, спустя почти 100 лет, потеряли свое значение. Современные космогонисты снова вернулись к представлениям об изначально горячей, частично или даже полностью расплавленной Земле, за счет тепла; выделяющегося при соударении планетезималей. Оценки тепла, выделяемого естественно радиоактивными элементами, оказались сильно завышенными, так как они исходили из содержания этих элементов в верхней части континентальной коры и неправомерно экстраполировали его на нижнюю кору и мантию. Другим источ­ником ошибок в рассуждениях этих исследователей был недоучет роли конвективного теплопереноса в выделении внутреннего тепла Земли. Отсюда и выводы о ее прогрессирующем разогреве.

Однако в начале века лишь немногие крупные ученые, среди которых немец Г. Штилле и австриец Л. Кобер, остались верны контракционизму. Другие исследователи стали искать замену ги­потезе контракции. В отличие от того, что происходило в геологии раньше, когда одну парадигму сразу сменяла другая: гипотезу поднятия — гипотеза контракции Эли де Бомона, на сей раз был выдвинут ряд взаимоисключающих гипотез и ни одна из них не завоевала общего признания, что дало повод известному амери­канскому геологу Ч. Лонгвеллу назвать современную ему текто­нику «сумасшедшим домом». Лишь в 40—50-е годы стало наме­чаться, особенно в нашей стране, нечто вроде консенсуса, но и это положение, как будет показано ниже, оказалось очень не­прочным.

Хронологически одна из первых попыток найти альтернативу контракции принадлежала австрийскому геологу, исследователю Альп О. Ампфереру (1906). Ампферер, подобно контракционистам, считал покровно-складчатые сооружения образованными в условиях сжатия, но в отличие от контракционистов, в частности его соотечественника Л. Кобера, считал, что это сжатие является следствием не просто сближения ограничивающих геосинклиналь жестких глыб — кратонов, а поддвига последних под выполнение геосинклинали под действием нисходящих подкоровых течений. Идеи Амферера о роли подкоровых течений в тектогенезе нашли довольно много продолжателей, среди которых австрийский гео­физик Р. Швиннер, немецкие геологи Ф. Коссмат и Э. Краус, на их основе предпринявший глобальный тектонический синтез; американский геофизик Д. Григгс, поставивший эксперимент в подтверждение этих идей; ирландский геолог Дж. Джоли и шотланд­ский — А. Холмс, использовавшие их в своих тектонических гипотезах. Особо следует отметить работы голландского геофизика, Ф. Венинг-Мейнеса по обоснованию мантийной конвекции. Вместе с тем некоторые крупные геофизики отнеслись к этим представле­ниям весьма скептически, считая, что твердое состояние недр Земли не позволяет предполагать проявления в них каких-либо течений.

Другая попытка найти замену контракционной гипотезе, несколько ее дополнив и подправив, была предпринята в начале века А. Ротплетцом, в 20-е годы поддержана Дж. Джоли и вылилась в формулировку гипотезы, получившей название пульсационной. Ее автором был американский геолог. У. Бухер (1933); ана­логичные взгляды высказал его соотечественник А. Грэбо, долго работавший в Китае, и голландец Дж. Умбгрове. Суть гипотезы состояла в том, что в истории Земли чередуются эпохи ее расши­рения и сжатия; в первые происходит заложение геосинклиналей и массовые базальтовые излияния, а во вторые — складко- и горообразование и внедрение гранитов. В 30—40-е годы ориги­нальные варианты этой гипотезы разрабатывались в России M. Тетяевым и особенно известными исследователями Сибири М. А. Усовым (1883—1939) и В. А. Обручевым. Причины пульсаций объема Земли при этом не рассматривались.

В то время как в гипотезах подкоровых течений и пульсационной сохранялось общее с контракционной гипотезой положение об (образовании складчатых горных систем в условиях сжатия, другие (появившиеся в этот период гипотезы стали выдвигать на первое место вертикальные движениями прежде всего поднятия, возвра­щаясь тем. самым к гипотезе поднятия первой половины XIX в. Первой попыткой в этом направлении явилась осцилляционная гипотеза немецкого геофизика Э. Хаармана, согласно которой земная кора под действием внешних приливных сил образует поднятия — геотуморы, с которых затем соскальзывают слои осадочных толщ, сминаясь в складки и создавая складчатые системы. Подобные представления о гравитационном происхождении складок и текто­нических покровов стали высказываться швейцарскими исследо­вателями Альп уже в самом конце XIX — начале XX в. (Д. Шардт, М. Люжон и др.), а затем были «взяты на вооружение» и другими авторами гипотез, отводивших главную роль в тектогенезе верти­кальным движениям при ведущем значении поднятий.

Одной из наиболее распространенных гипотез такого рода ста­ла ундационная гипотеза голландского геолога Р. В. ван Беммелена (1933), исследователя Индонезии, продолжавшего работать над совершенствованием своей гипотезы еще более 30 лет. В от­личие от Хаармана, он полагал, что образование поднятий — по­ложительных ундаций земной коры — является следствием воз­действия не внешних сил, а глубинных процессов дифференциации вещества подкоровых недр, подъема кислых расплавов — астенолитов. В последних вариантах гипотезы он допускал, что базальным уровнем такой дифференциации может являться граница мантии и ядра, в связи с чем его гипотеза стала именоваться ги­потезой гиподифференциации. На примере Индонезии Беммелен обосновал картину центробежного разрастания и миграции подня­тий, выделив ундации разного масштаба. Как и Хаарман, он объяснял образование складок и шарьяжей гравитационным сползанием слоев с поднятий, но выделял несколько уровней та­кого скольжения. Когда к середине 60-х годов стало очевидным раздвиговое происхождение океанов, в частности Атлантического, Беммелен ввел понятие о геоундациях, с которых происходит соскальзывание уже целых материков с обнажением в промежутке ложа океанов.

В 40-e годы сходные гипотезы были предложены американскими геологами

Б. и Р. Виллисами (астенолитная гипотеза) и русским геоло­гом В. В. Белоусовым (1907—-1990). Выдвинув свою гипо­тезу в 1942—1943 гг., В. В. Бе­лоусов продолжал разрабаты­вать ее до своей кончины, не­прерывно учитывая новые дан­ные. Гипотеза Белоусова пер­воначально названная им ра­диомиграционной (рис. 22), в связи с тем, что он привлек радиогенное тепло в качестве основного возбудителя тектогенеза и магматизма, а затем скорее заслуживавшая, как к гипотеза Беммелена, название гипотезы глубинной дифферен­циации, являлась наиболее полно обоснованной и глубоко-разработанной из всех текто­нических гипотез данного и не только данного направления в поэтому оказала очень боль­шое влияние на развитие тео­ретической геологии не только в России, но и за рубежом.

Центральное место в ранних вариантах концепции В. В. Белоусова занимало объяснение геосинклинального процесса и его орогенного завершения, включая происхож­дение складчатых деформаций. Впоследствии, с началом интенсивного изучения, океанов и прогрессом в изучении докембрия, важное, если главное место стало отводиться механизму океанообразования и наконец общей эволюции земной коры; тектоносферы. Сводя развитие к объединению в общее поднятие, т. е. к инверсии тектонического режима, Белоусов объясняет первую из этих стадий нагружением коры большими массами основных магматитов, внедрявшихся и изли­вавшихся вдоль густой сети глубинных разломов. Переход ко вто­рой стадии вызывается связанным с этим магматизмом разогре­вом коры; дальнейшее нарастание этого процесса, дополненного воздействием глубинных флюидов, приводит к наступлению треть­ей, инверсионной стадии, к росту центрального поднятия, сопро­вождаемому региональным метаморфизмом, гранитизацией, склад­чатостью, образованием надвигов и шарьяжей. Складчато-надвиговые деформации вызываются, по Белоусову, частично грави­тацией, частично распирающим действием глубинного диапира, возникающего в ядре центрального поднятия в процессе метамор­физма глинистых толщ, сопровождаемого увеличением их объе­ма. Остывание тектоносферы, наступающее после заключительного горообразования, ведет к установлению платформенного режима, Архей, по Белоусову, был эрой повсеместного господства подвиж­ности, близкой к геосинклинальной (пермобильный режим Л. И. Са­лопа — Ю. М. Шейнманна), а в течение протерозоя и фанерозоя, по мезозой включительно, шло развитие геосинклиналей и плат­форм с постепенным разрастанием вторых за счет первых. Но в мезозое наступил новый этап развития земной коры — этап раз­рушения континентов и новообразования океанов (существование Колее древних океанов отрицается). Океаны возникли за счет раз­дробления континентальной коры и погружения ее обломков в мантию при массовом излиянии базальтов.

Такова в основных чертах геотектоническая концепция В. В. Белоусова в том виде, в котором он ее сформулировал в последние 20 лет своей деятельности. Но в своих самых последних, посмертно опубликованных работах он делает шаг, скорее полшага, навстречу мобилизму (об этом понятии см. ниже) — допускает проявление раздвига в осевых зонах срединно-океанских хребтов и согла­шается, что с этим может быть связано образование характерных полосовых магнитных аномалий. Однако за пределами этих зон всякое растяжение им отрицается и ведущая роль отводится ста­тическому процессу океанизации. Аналогичных взглядов придер­живается и ряд других русских ученых — А. Л. Яншин, Е. В. Артюшков, Е. Е. Милановский, Г. Б. Удинцев. В целом концепция Белоусова является типично фиксистской, по определению швейцарского геолога Э. Аргана, который противопоставил фиксизму, т.e. учению о неизменном положении континентов по отношению к глубоким недрам Земли, мобилизм, допускающий перемещение материков и берущий начало в работах американского геолога Ф. Тейлора (1910) и немецкого геофизика А. Вегенера (1912). Поскольку наиболее полное обоснование этой совершенно новой и весьма смелой для своего времени гипотезы было дано именно Вегенером, гипотеза перемещения, или дрейфа материков, стала широко известна как гипотеза Вегенера.

Исходным моментом для построений и Вегенера, и Тейлора было удивительное сходство очертания материков, особенно Южной Америки и Африки, ныне разделенных Атлантическим океаном. Это сходство давно обращало на себя внимание, о нем писали в XVII в француз Ф. Пласе, англичанин Ф. Бэкон и в XVIII в. американец Б. Франклин и даже в трудах среднеазиатского ученого А. Р. Бируни созданных много раньше, можно найти строки., говорящие о возможности перемещения материков. А. Вегенер, будучи прежде всего гео­физиком, исходил не только из это го факта; опираясь на принцип изостазии и гипсографическую кривую, он пришел к выводу о коренном отличии коры континентов от океанской коры: первая сложена в основном из гранитов, вторая из базальтов. Далее Вегенер обратил внимание на поразительное сходство ископаемых позднепалеозойских и раннемезозойских фаун и флор материков, ныне разделенных океанами, — Южной Америки, Африки, Австралии, а также Индостана. Вывод Вегенера о принципиальном отличии океанской коры от континентальной опровергал это пред­ставление. Более того, он обратил внимание еще на одно важное обстоятельство: в позднем палеозое все гондванские материки были охвачены покровным оледенением; если бы они занимали же места, что и сегодня, это оледенение должно было достигать тропических широт, что вряд ли возможно. Используя всю эту аргументацию, Вегенер пришел к выводу, что в позднем палеозое и раннем мезозое все. материки были объединены в один суперконтинент, который он назвал Пангеей, а распад этой Пангеи начался в юре. Забегая вперед, отметим, что все эти выводы Вегенера нашли в дальнейшем полное подтверждение.

Пытаясь объяснить причину смещения материков по их базальтовой постели, Вегенер и Тейлор обратились к силам, связанным с осевым вращением Земли, вызывающим смещение материков от полюсов к экватору; (Тейлор), и приливным силам, смещающим их к западу (Вегенер). Сопротивление ложа Тихого океана, та­кому смещению послужило причиной образования Кордильер, а островные дуги Восточной Азии и Меланезии являются, по мнению Вегенера, отставшими при этом западном дрейфе обломками Пангеи. Бегство материков, от полюсов к экватору привело, по Тейло­ру, к образованию не только Альпийско-Гималайского горного пояса, но и Тихоокеанского кольца.

Идеи Вегенера вначале вызвали большой интерес, причем не только у геологов, но и у палеонтологов и биогеографов. Его книга «Происхождение материков и океанов» выдержала на родине четыре издания и в 1922 г. была переведена на русский язык, но издана в Берлине, а в 1925г. — в Москве. Среди заинтересован­ных ею русских ученых были такие крупные, как Г. Ф. Мирчинк (1889—1942), А. А. Борисяк (1872—1944), Б. Л. Личков (1888-1966). Этими идеями увлеклись и.столь известные исследователи Альп, как швейцарцы Э. Арган и Р. Штауб. Первый из них в своем труде «Тектоника Азии», доложенном на Брюссельской сессии Международного геологического конгресса в 1922 г., изданном 1924 г. и переведенном на русский язык в 1935 г., объяснил образование молодых горных сооружений Европы надвиганием Африки на Европу (также полностью подтвердившимся сейсмическим исследованиями), а Азии — Авгарады, т.е. Сибири, на Индостане (по современным данным картина была обратной). Штауб высказал мысль о попеременном сближении и столкновении Гондваны и Лавразии и их удалении друг от друга; и эта мысль в обще форме созвучна современным представлениям. Особенно много сторонников Вегенер нашел в странах Южного полушария; среди них выделяется фигура южноафриканского геолога А. Л. дю Тойта, выпустившего книгу «Наши странствующие материки» (1937), в которой привел большой фактический материал, подтверждаю­щий былое единство Африки и Южной Америки и предложил оригинальную трактовку конфигурации и распада Пангеи, отведя ведущее место в последнем процессе конвективным течениям.

Еще более своеобразная версия мобилизма была выдвинута в 1924 г. ирландским исследователем Дж. Джоли. Он был первым, использовавшим открытие радиоактивности непосредственно для, объяснения тектогенеза. По гипотезе Джоли, под влиянием накопления радиогенного тепла происходит периодическое, через 25—35 млн лет, расплавление базальтового слоя коры. Оно соз­дает возможность горизонтального перемещения гранитогнейсового слоя, слагающего материки, по базальтовому субстрату в западном направлении под влиянием солнечно-лунных приливов. При этом континенты и океаны меняются местами, а возникшие вдоль их границ геосинклинали превращаются в складчатые горные системы.

Гипотеза Джоли встретила серьезные возражения, поскольку в частности, при повышении температуры гранит плавится раньше базальта, а не наоборот. Но за Джоли остается историческая заслуга первого привлечения радиоактивности к объяснению гео­логических процессов и обоснованию цикличности в их проявле­нии

Несколько позже, в 1929—1931 гг., известный британский гео­лог А. Холмс, являвшийся пионером в применении радиометри­ческих методов определения возраста докембрийских горных по­род, также привлек радиогенное тепло к объяснению тектогенеза, полагая, что накопление этого тепла стимулирует конвективные течения и прежде всего под континентами, поскольку континен­тальная кора характеризуется повышенным содержанием естест­венно-радиоактивных элементов. Под континентами возникают вследствие этого восходящие течения, а на их границе с океанами, где образуются геосинклинали, — нисходящие. Восходящие тече­ния ведут к распаду континентов, а нисходящие — к образованию складчатых зон. Схема проявления этих процессов (рис. 24), изоб­раженная Холмсом, во многом предвосхитила построения будущей тектоники плит.

В 1948 г В. А. Обручев ввел термин «неотектоника» для обозначения новейших движений и деформаций; термин быстро полу­чил широкое признание, а соответствующие исследования актив­но развернулись в СССР, а затем и за рубежом. В 1960 г. под ре­дакцией Н. И. Николаева и С. С. Шульца была издана первая карта новейшей тектоники СССР.