§ 3.4. Развитие литосферы

Форма земной поверхности близка к равновесной, однако земная поверхность отнюдь не выравнивается со временем, более того наблюдается чёткое разделение её на континентальную и океаническую. Несмотря на то, что плотность воды океана на два-три порядка ниже плотности горных пород, континенты не тонут, к тому же 5-километровая континентальная толща плавает на гранитных «подушках» толщиною 15-20 тыс. м. Под гранитом и базальтом лежит мантия Земли, состоящая из более плотных пород. Гипотеза дрейфа континентов была развита в 1912 г. А. Вегенером и долгое время считалась несостоятельной, а в 1960 г. возродилась как теория, подкреплённая исследованиями дна океана.

Согласно модели американского океанолога Р. Дитца (1961) через рифтовые зоны непрерывно выталкивается материал, из которого на дне океана формируются две конвейерные ленты, движущиеся в горизонтальном направлении в сторону материков. После раскола Гондваны Атлантический океан стал расширяться сразу в обе стороны от оси Срединно-Атлантического хребта, отодвигая друг от друга материки Африки и Америки. Разломы, густо расположенные по всей протяжённости подводных хребтов, являются главными активно действующими поставщиками расплавленных минералов, своего рода геодинамическим двигателем, изначально, как и атмосфера, работающим в вертикальном направлении, но в конечном итоге, тоже как в атмосфере, перемещая массы вдоль горизонтальных слоёв нашей планеты. Все вертикальные границы плит, на которых образуется новая земная кора, расположены в океанах. Трение на стыках сдвигающихся плит сопровождается землетрясениями и извержением вулканов. Последние связаны с разогретым осадочным слоем опускающейся плиты. Через отверстия жерл выходят наружу газообразные продукты, содержащие в основном водяной пар и углекислый газ. Благодаря существованию таких геодинамических зон, в которых генерируется новая океаническая верхняя часть литосферы, происходит переработка старой земной коры с одновременным прибавлением водных масс океаносферы. Но поскольку циркуляция океанских вод значительно быстрее обычных некатастрофических горизонтальных перемещений масс литосферы, то в противоположность «молодости» медлительных пород дна темпераментным водным массам океаносферы приписывают значительно большую древность. Если же перейти к воздушным массам атмосферы, скорость движения частиц которой на несколько порядков выше чем в океане, то относительный возраст атмосферы будет ещё более впечатляющим.

Вся застывшая в твёрдом веществе литосферы биокосная, по В. И. Вернадскому, материя в течение многомиллионной истории обязательно проходила через живые организмы, подавляющим количеством которых являлись микроскопические существа от вирусов до бактерий. Закономерности существования и развития живой материи и компенсационный принцип Ле-Шателье, о которых подробнее мы будем говорить позже (§ 15.1), представляют собой отдельные, но взаимосвязанные фрагменты структуры геосфер, в которой, по расчётам специалистов, лишь 1 % энергии приходится на поддержание жизни самых крупных и близких нам позвоночных животных. Остальные 99 % затрачиваются на стабилизацию окружающей среды, и как только потребление человечеством продукции биоты на континентах превысило тот устоявшийся "нормальный" 1 %, действие принципа Ле-Шателье началось нарушаться. Тем самым в геологической истории и исторической геологии начался новый антропогенный период, встревоживший пессимистически настроенных экологов своими мрачными перспективами постепенной, но неизбежной гибели цивилизации, а может быть и всей живой материи на Земле.

Опираясь на науки о Земле, палеогеография даёт нам представления об образовании Земли и её геологической истории. Главную информацию об эволюции литосферы палеогеография черпает из космологии и сравнительной планетологии. Естественным образом палеогеография использует достижения исторической геологии для изучения земной поверхности в геологические эпохи. Для реконструкции современного рельефа используются геоморфологические исследования. Палеоклиматология, гляциология ледниковых эпох помогают восстановить температурные условия прошлого. Геохимия, почвоведение, биогеография и литология предоставляют палеогеографии исчерпывающие сведения об изменениях био- и литосферы в процессе эволюции. Комплекс сведений о сложнейших сочетаниях земных явлений способствовал систематизации и разработке хронологической канвы изменений, которые должны были происходить в литосфере.

В. Е. Хаин (1973) выделяет семь этапов истории происхождения земной коры в связи с этапами развития нашей планеты в целом, которые мы даём с некоторыми сокращениями и изменениями в целях большей доступности изложения: 1) догеологический этап (4,6-4,5 млрд лет) - от возникновения планеты до образования земной коры. Сначала сформировались металлогенические ядра Земли, затем вокруг них произошло накопление силикатных частиц мантии, на поверхности которой за счёт выплавления базальтов образовалась первичная кора. Современные учёные полагают, что истинный возраст Земли, как планеты Солнечной системы, находится в пределах 4,6-5,0 млрд. лет; 2) лунный этап (4,5-4,0) - от образования коры до формирования гидросферы. В связи с общим охлаждением планеты, пополнением географической оболочки ювенильными водами, а атмосферы - продуктами дегазации мантии, происходило разделение парогазовой оболочки Земли и образование первичных гидро- и атмосферы; 3) катархейский, или раннеархейский, этап (3,5-4,0) - образование первичной континентальной литосферы вследствие вторичной гранитизации осадочно-вулканогенных пород; 4) позднеархейский - раннепротерозойский, раннегеосинклинальный этап (3,5-2,0) - образование протогеосинклиналей и первых протоплатформ за счёт наращивания материковой коры в результате накопления осадочно-вулканогенных пород, их метаморфизма и гранитизации; 5) среднепротерозойский - раннерифейский, раннеплатформенный этап (2,0-1,4) - консолидация первичной континентальной коры; в первую половину этапа происходило накопление масс красных гранитов из-за вторичного разогревания коры в основании гранитного слоя, слияние континентальных массивов и образование древних платформ; во второй половине этапа произошло поднятие платформенных массивов в виде материков; 6) позднепротерозойский - палеозойский, геосинклинально-платформенный этап (1,4-0,2 ) - заложение геосинклинальных поясов фанерозоя, обособление древних платформ и их развитие; 0,5 млрд лет назад сформировалась Гондвана, 400-300 млн лет - Северо-Атлантический материк и Ангарида, 200 млн - Лавразия, которая вместе с Гондваной в Перми объединились и образовали Пангею - "Всеобщий материк"; 7) мезозойско-кайнозойский, континентально-океанический этап (0,2) - оформление современных континентов, создание на палеозойских и раннемезозойских складчатых структурах молодых платформ, образование молодых океанов, интенсивный рифтогенез, бурные процессы внегеосинклинального орогенеза (от гр. oros - гора) или орогенетических движений - совокупности интенсивных восходящих тектонических подъёмов участков земной коры.

В настоящее время существуют явно выраженные два типа земной коры - океанический и материковый. Главным географическим показателем их раздела служит материковый склон - сравнительно резкий уступ (угол падения от 4-7 до 13° от плоскости, горизонтальной по уровню, но, как мы знаем (§ 3.4), на самом деле выпуклой эквипотенциальной поверхности), идущий в сторону океана.

Сохранить свои внешние черты и непрерывность твёрдой оболочки Земли не удаётся в первую очередь из-за подвижности нижележащего вещества астеносферы, вязкость которого в сотни или даже тысячи раз меньше чем в вышележащей литосфере (10²⁰ пуаз). Очаги землетрясений служат главными стратегическими пунктами перестройки литосферы. Ежегодно на земном шаре происходит несколько миллионов регистрируемых приборами подвижек земной коры, около 19 тыс. ощущаемых людьми и примерно двух десятков сильных землетрясений. Катастрофические же землетрясения бывают не чаще одного раза в год. Их энергия превышает энергию самого сильного термоядерного взрыва (10²⁴-10²⁵ эрг) и высвобождается обычно за время порядка одной секунды.

Исследованиями сейсмологов установлено, что 72 % очагов землетрясений находится непосредственно в литосфере, более половины из которых - в верхних 30 км; на промежуточных (80-300 км) глубинах - 22 % и лишь 6 % очагов залегает на глубине от 350 до 720 км. Подавляющее число очагов находятся в узких промежуточных зонах между асейсмичными литосферными плитами и в рифтовых (продольных) и трансформных (поперечных) разломах СОХ (срединно-океанических хребтов). Большинство очагов землетрясений Мирового океана, приуроченных к хребтам, неглубоки, порядка 5-10 и не более 30 км, самые же глубокие очаги, глубже 100 км, залегают вдоль глубоководных желобов и бывают приурочены к стыку желобов с островными дугами и континентами. Слой очагов высокобальных землетрясений погружается под материк до 600-700 км и маркирует наклонную зону расколов (зона Заварицкого-Беньофа) на стыке океанов с континентами (§ 7.1). Сейсмическая активность СОХ дополняется ежедневными низкобальными землетрясениями и повышенным в несколько раз, по сравнению с фоновым, тепловым потоком рифтовой зоны. Подводный вулканизм тоже впечатляет – в Мировом океане находятся 30 тыс. вулканов, высота которых превосходит самую высокую гору Гималаев – знаменитый Эверест. Более подробно о тектонике и некоторых деталях геологических структур будет сказано в последующих главах, где будут рассматриваться долговременные и краткосрочные взаимосвязи литосферы океана и материков с расположенными ниже и выше неё оболочками Земли.

Касаясь геоморфологии океанского дна, следует добавить, что изображаемая на рисунках котловина Мирового океана на самом деле, в глобальных масштабах, не является впадиной, а представляет собой выпуклость, покрытую тонкой, сравнительно с крупными размерами нашей планеты, плёнкой солёных вод, которая на глобусе выглядела бы наклеенным на него вырезанными в форме океанов лоскутами обычной не слишком толстой бумаги. Для того чтобы океан был по-настоящему «вогнутым», следовало бы увеличить его глубину до 800 км., т. е., если принять среднюю глубину океана за 4 км, - то в 200 раз. Таким образом, если представить модель всех самых важных для нас сферических оболочек Земли в масштабах, близким к реальным, то они будут представлять собой некие выпуклые микрослои сгущения жизни, разделённые более толстыми слоями её разрежения. В 1926 г. В. И. Вернадский выделил планктонную и донную «плёнки» и два вида «сгущения жизни» - прибрежное (морское) и саргассовое. Впоследствии сложная структура взаимодействия на стыках геосфер и в структурных зонах внутри них привлекла внимание множества учёных и послужила основанием для развития нового направления - литолого-геохимической лимологии (от limes - граница), изучающего процессы взаимодействия на границах раздела океаносферы, как явно выраженных, так и «проходимых» слоях так называемого кислородного минимума, критической глубине карбонатонакопления, галоклинов, пикноклинов, термоклинов и др. Е. М. Емельянов предложил концепцию геохимических барьеров и геохимических барьерных зон, сходных по смыслу с понятиями фронтов и фронтальных зон, используемых в изучении водных масс океана и воздушных масс атмосферы.

Наиболее ярко выраженные, с точки зрения исторической геологии, седиментационные показатели океанских вод аккумулятивные барьеры, образовавшиеся на морских склонах из речной взвеси, отражают одновременно деструктивную роль выветривания и волновой эрозии и конструктивную деятельность течений. Донным организмам сестонофагам и детритофагам придаётся не менее важное значение. Этому виду живой материи отводятся следующие функции: 1) ускорение осаждения осадка; 2) разрыхление и изменение его физических и инженерных свойств, способствующее горизонтальному переносу и оползанию грунта; 3) скрепление частиц и препятствие размыву осадка; 4) перемешивание осадочного материала и сглаживание границ напластования; 5) содействие выносу из осадка одних химических элементов и привносу других; 6) скрепление осадков в пеллеты, частичное преобразование минерального состава ила в пищевом тракте гидробионтов, изменение гранулометрического состава осадка.

Так называемым «внутренним границам» океанских экосистем – термо-, гало-, пикно- и оксиклинам – принадлежит особая, хотя на первый взгляд незаметная геоэкологическая роль в судьбе географической оболочки, потому что они разделяют её на верхние ярусы аэробиоса и нижние – хемобиоса, при этом именно эти барьерные или фронтальные зоны сосредоточивают почти всю биологическую продукцию, которая, как известно, служит поставщиком седиментационного материала океанической части литосферы.