VI. Геолого-тектонические следствия .Гипотезы изначально гидриднои земли

1. Расширение Земли

Главным геолого-тектоннческим следствием гипотезы изначаль­но гидрндной Земли является значительное, возможно, многократ­ное увеличение ее объема за время геологической истории, что' обусловлено непременным разуплотнением недр планеты при де­газации водорода и переходе гидридов в металлы.

Гипотеза расширяющейся Земли впервые была предложена не- мецким геофизиком О. Хильбенгергом в 1934 г., когда выясннлось,

что материки имеют глубокие корни. В свете_этих данных вегене-poвские представления о дрейфе становились невероятными. Гипо-

тезу О. Хильгенбсрга поддерживают многие видные ученые. «П. Эджьед, П. Иордан и др. Появившиеся в последние годы дан­ные о строении дна океанов, его осадках, характере магнитного поля, закономерном положении срединных хребтов и глобальной рифтовой системы буквально совершили революцию в глобальных геологических представлениях. Геолого-тектоннчсскне и геофизиче­ские особенности структур океанического дна позволяют считать их структурами гигантского растяжения, которое можно связать с общим расширением планеты (Хизен, 1966). По мнению некото, рых исследователей (Ханн, 1970), именно гипотеза расширение Земли позволяет разрешить затянувшийся спор фиксистов и мобн-листов, та"к как она позволяет увязать постоянство структурного плана (основное кредо фиксизма) с раздвигом континентальным глыб и новообразованием океанов (в чем, по всей вероятности, правы мобилисты): континенты и их структуры «стоят на месте»! и жестко связаны со своими глубинными корнями, но по мере рас­ширения планеты они расходятся и между ними появляются оке-i анические акватории.

Однако данная гипотеза не пользуется широкой поддержкой^! среди геологов, так как не было предложено в достаточной степени реального механизма этого расширения (Трапезников, 1963). Кон­цепция изначально гидридной Земли связывает расширение нашей планеты с конкретным процессом, вполне естественным по физи­ческой природе. В этой связи гипотеза .расширяющейся Земли тре-1 бует более внимательного обсуждения.

Рассмотрим с позиции гипотезы изначально гидридной Земли те возражения, которые высказываются в адрес возможного рас­ширения нашей планеты.

Во-первых, как полагают некоторые авторы (Трапезников, 1963; Белоусов, 1968), если расширение Земли происходило за счет «разбухания» ее недр, то оно обусловило бы образование ар­хипелагов мелких островов на месте современных континентов в| связи с растаскиванием последних в процессе «разбухания».

Во-вторых, если океаны считать структурами растяжения, то почему расширение Земли приобрело особенно бурные темпы с конца палеозоя — начала мезозоя, когда заложились Атлантиче­ский, Индийский и Ледовитый океаны?

В-третьих, по мнению некоторых исследователей (Кропоткин, 1*971), расширение Земли не согласуется с недавно выявленным интенсивным горизонтальным сжатием коры, которое установлено непосредственными наблюдениями и, по-видимому, свидетельст­вует о режиме контракции на современном этапе.

Наконец, в-четвертых, весьма распространено мнение, что на фоне расширения Земли нельзя объяснить складчатость, требую­щую горизонтальных сжимающих напряжений, и оно плохо увязы­вается с проблемой горообразования.

Обсудим сначала три первых замечания; проблемы складчато­сти и горообразования будут рассмотрены ниже в соответствую­щих разделах.

Рассмотрим особенности расширения Земли по мерс уменьше­ния в ней водородсодержащего ядра и увеличения мощности мав-) тии, т. е. определим характер расширения планеты, когда .«разбу­хание» ее недр происходит не по всему объему, а по определен­ному фронту (на границе ядра и мантии), который постепенно

.смещается в глубь планеты. С этой целью был поставлен про-стейший эксперимент: небольшой резиновый мячик покрывался 2)Яфнновой оболочкой и затем надувался при помощи насоса, Тонкая парафиновая оболочка («мантия») реагировала па расши­рение мячика («ядра») образованием густой сетки мелких трещин., достаточно равномерно распределенных по поверхности модели (глобуса). Но с увеличением мощности парафинового слоя воз­никала все более грубая трещнноватость. Наконец, когда толщи­на оболочки достигал-а 1/6—1/5 радиуса модели, расширение вы-, зывало образование единой системы трещин, раскалывающих парафиновый слой на несколько (шесть — восемь) крупных пли­ток.

Распространяя этот эксперимент на земной шар, приходим к выводу, что его расширение на фойе увеличения мощности мантии должно рсализовываться так же, по вес более грубой системе раз­рывов, и, следовательно, размеры структур растяжения на поверх_: ностн нашей Земли должны возрастать по мере ее развития, а чис­ло их уменьшаться. Посмотрим, как согласуется это предположе­ние с геологией.

Структуры растяжения, имеющие глубинное заложение, как правило, фиксируются проявлениями .основного и ультраосновного магматизма. Повсеместность геосинклинального режима в архее и весьма широкое распространение в его сериях основных пород позволяют сделать вывод о том, что расширение планеты на дан­ном этапе сопровождалось появлением достаточно густой сетки -разрывов, которые быстро залечивались мантийными магмами. • Протяженные и достаточно изолированные нижиепалсозойскис офиолитовые пояса (Урал, Аппалачи и др.) свидетельствуют о произошедшей к этому времени генерализации растяжения по крупным системам расколов: Наконец, в мезо-каннозойское время растяжение стабилизировалось в единую глобальную систему риф­тов, что обусловило энергичный рост океанов и интенсивный базит-ультрабазитовый магматизм в них.

"Таким образом, в главных особенностях геологического разви­тия Земли прослеживается явная аналогия с приведенным выше экспериментом, который объясняет, почему расширение планеты не привело к образованию архипелагов на месте современных кон­тинентов и почему оксанообразованпе тяготеет к поздним этапам развития Земли.

На темпы расширения должна была влиять также различная степень уплотнения гидридов- по радиусу планеты. В настоящее, время неизвестно, на какой глубине, т. е. при каких давлениях, Уплотнение гидридов достигло предела пропорциональности. Если же, например, это имело место на глубине, равной 1/5—1/4 ради­уса изначальной Земли, то более половины объема планеты было сложено гидридами, уплотненными в значительно меньшей степе­ни, чем остальная внутренняя их часть. В связи с этим темп рас­ширения должен был значительно ускоряться во времени по мере перемещения в глубь планеты фронта разуплотнения (границы ядро — мантия) при дегазации водорода.

Наконец, в самом механизме перемещения фронта разуплот. нения, по-видимому, заложены причины «внезапности» появления наложенных океанических впадин. Характер распределения объ­ема оболочек шара по его радиусу таков, что в процессе равно-мерного (во времени) увеличения объема мантии ее мощность _v определенного момента начинает возрастать во все более ускорен-ном темпе (рис. 8). В свете поставленного выше эксперимента разумно предположить, что на этом фоне должны происходить резкая генерализация структур растяжения и заложение наиболее крупных из них — океанов. Объем современной мантии известен. Зная плотности ядра и мантии, нетрудно оценить объем конечной Земли, лишенной ядра в связи с полной дегазацией водорода. Это дает возможность найти на графике (см. рис. 8) настоящий мо­мент и рассмотреть динамику роста мощности мантии в геохроно­логическом плане, полагая, что начало геологической истории на­шей планеты совпадает с возрастом древнейших участков корь; (4 млрд. лет). При этом выявляется любопытная закономерность: ускорение темпов прироста мощности мантии совмещается во вре­мени с последними этапами геологической истории, для которых характерно заложение и развитие океанов. Так, начавшееся при­мерно 1,3 млрд. лет назад ускорение темпов роста мощности ман­тии, по-видимому, совпадает во времени с заложением крупнейшей структуры растяжения — впадины Тихого океана, существование которого с верхнего протерозоя устанавливается но плану верхне-протерозойскнх структур, так как они в отличие от более древних образований обрамления начинают «ощущать» его присутствие (Ханн, 1971; Муратов,.-1971). Дальнейшая акселерация в росте мощности мантии, которая, судя по характеру кривой Г,-особую интенсивность приобретает с конца палеозоя и в мезозое, совпа­дает во времени с распадом Гондваны и Лавразип, когда зало-жились и стали бурно развиваться Атлантический, Индийский и Ледовитый океаны. Геофизические данные показывают, что эти структуры (наряду с Тихим океаном) продолжают расширяться и в настоящее время.

Таким образом, гипотеза изначально гндрндной Земли позво­ляет существенно приблизиться к пониманию внутренних причин океанообразования и акселерации этого процесса на поздних эта­пах развития планеты.

Теперь рассмотрим, как с точки зрения расширяющейся Земли можно объяснить интенсивное горизонтальное сжатие в масспзах кристаллических пород, достигающее, по данным многочисленных и непосредственных изменений, на глубине 1 км (глубже определе­ния не проводились) 1000 кгс/см², что в 3—3,5 раза превышает ли-тостатическую-нагрузку (Хает, Нильсон, 1967). Для этого пока­жем вероятный характер деформаций верхнего надастеносферного слоя в процессе расширения Земли.

Во-первых, это деформации растяжения, которые формируют систему разрывов, разбивающих надастсносферный слой на от­дельные плиты, «плавающие» на астеносфере.

Во-вторых, это деформации изгиба, связанные с увеличением радиуса Земли и соответственным уменьшением кривизны надасте-

носферных плит, их «разгибанием», в процессе которого напря­жения должны распределиться таким образом (рис. 9), что самые верхние слои будут испытывать горизонтальное сжатие, законо­мерно падающее с глубиной.

В земных условиях трещнноватость и пористость, развитые в приповерхностном слое, будут обусловливать быструю релаксацию ^этих напряжений, в связи с чем максимальное горизонтальное сжа­тие кристаллических массивов должно наблюдаться не на поверх-

9 Зак. 1055 , 33

ностн земли, а на глубине 1 —1,5 км, где горное давление вызы. вает закрытие трещин и пор.

Здесь неожиданно открывается возможность проверки реаль. ностн расширения нашей планеты на современном этапе, так как если оно происходит, то связанное с ним горизонтальное сжатщ. после достижения максимума на глубинах 1 —1,5 км ниже должно вновь пойти на убыль. Если такое явление действительно имеем место, то иное объяснение, кроме расширения планеты и накопле­ния в связи с этим горизонтальных напряжений при уменьшении кривизны надастеносферного слоя, трудно себе представить. Боко­вое давление до глубины в 2,5— 3 км, связанное с передачей упру-гих напряжений, обусловленных вертикальной литостатическоп нагрузкой, можно игнорировать, так как оно на порядок меньше избыточного горизонтального сжа­тия.

В настоящее время измерения бокового сжатия проводились только до глубины 1₍км. Однако,

если допустить его влияние на давление закачки при искусствен­ном гидроразрыве в нефтеразвед­ке, то весьма показательно, что до глубины 1100 м давление нагнетаемой жидкости превышает ли-тостатическое, а на больших глубинах становится значительно меньше вертикальной нагрузки пород (Васильев, Кривонос, 1962). Не связано ли это явление с падением горизонтального сжатия на глубине?