Земная кора, или литосфера. Хотя есть основания считать, что возраст Земли составляет около 4,5 миллиардов лет, в вопросе о том, как образовалась наша планета и вся Солнечная система, частью которой является Земля, еще нет ясности. Все, чем мы располагаем, - это теория, которая постоянно меняется по мере сопоставления с вновь получаемыми нами сведениями о Солнечной системе.

Основные положения этой теории сводятся к тому, что вся Солнечная система - Земля, другие планеты и Солнце - образовалась одновременно и как единое целое. Такой процесс образования системы не представляет собой что-то уникальное или хотя бы необычное, а является вполне заурядным. Подобные процессы происходят во Вселенной и в настоящее время. Исходным материалом для образования Солнечной системы явилась туманность - огромное вращающееся дискообразное облако, состоящее из холодного газа и "пыли". Из этой холодной и распыленной массы по мере ее уплотнения и выделялись группы отдельных сгущений, из которых в конце концов образовались Солнце и планеты. Одно из этих сгущений, которое позднее стало Землей, имеющей ныне диаметр 13 400 километров, первоначально имело диаметр в несколько миллионов километров, настолько далеко друг от друга находились составляющие его частицы. Но эти частицы постепенно приближались друг к другу под действием сил тяготения и теряли энергию в результате бесчисленных столкновений. Более крупные частицы "падали", подобно градинам, в направлении центра сгущения, и при этом гравитационном сжатии выделялось такое большое количество тепла, что в итоге происходило резкое уплотнение массы с образованием твердого тела.

Твердое тело Земли первоначально было очень горячим (То есть, возможно, было разогрето по мере образования Земли теплом радиоактивного распада и гравитацией. - Прим. ред). Предполагается, что частицы железа, входившие в состав этой юной, горячей, уплотняющейся Земли, плавились и образовывали тяжелые капли, которые опускались к центру Земли. Там происходило накопление железа и других минералов, в результате чего было создано ныне существующее ядро Земли.

Более легкие частицы, "падавшие" не глубоко, образовали толстый слой, окруживший более тяжелое ядро. Этот слой был в большей степени каменным, чем металлическим, и состоял из силикатных минералов. Так образовалось то, что мы называем мантией; о ней уже говорилось в первой главе.

Толстый слой силикатов, плохо проводящий тепло, препятствовал, как и в данное время, оттоку тепла от нагретой внутренней части Земли. Но, хотя температура мантии стала высокой, плавления в ее глубоких частях не происходило, так как вес вышележащих толщ создавал слишком высокое давление. Но в верхней (или внешней) части мантии, где слой перекрывающих пород был значительно тоньше и давление меньше, породы частично плавились. Правда, плавились только минералы с наинизшей точкой плавления, другими словами, плавление было избирательным. Оно и создавало магму. Поскольку магма образовалась лишь из некоторых минералов окружающей породы, то по составу она отличалась от этой исходной породы. Состав ее приближался к базальтовому слою, и вес был немного меньше, чем у окружающей нерасплавленной породы.

Более легкие массы вновь образованной базальтовой магмы имели тенденцию к поднятию. Очагов таких масс было очень много, и поднятие их происходило медленно. Постепенно они затвердевали на поверхности Земли, где температуры были более низкими. По мере затвердевания постепенно образовывалась кора, состоящая из базальтов и покрывающая всю Землю. Таким образом, базальтовая кора является продуктом избирательного плавления, и ее состав несколько отличается от состава мантии. Это избирательное плавление некоторых компонентов первичных горных пород, вероятно, представляло собой первый процесс длинной цепи процессов постепенной дифференциации первичной магмы и формирования горных пород, слагающих земную кору.

Вторым процессом было химическое выветривание, третьим - образование гранитных пород, которые легче базальта. Очевидно, все эти три процесса идут до сих пор.

Атмосфера и гидросфера. До сих пор мы излагали теорию образования внешней части литосферы. А как образовались атмосфера и гидросфера? Хотя на первый взгляд это кажется странным, обе эти подвижные оболочки образовались в основном тем же способом, что и твердая кора: путем поднятия магмы к поверхности (или на поверхность) Земли. Это оказалось возможным потому, что всякая магма содержит газы. Выше мы сказали, что магма образовалась местами в результате плавления глубинной породы под действием тепла, поступавшего из нагретых внутренних частей. В процессе плавления некоторые минералы легко разлагались на составные химические элементы. Этот процесс отличался от сортировки кристаллов минералов по весу. Распад вещества происходил под действием температуры, давления и химически активной среды в магме. Среди других веществ, высвобождавшихся таким образом, были водород (Н₂), азот (N₂), окись углерода (СО), двуокись углерода (СО₂) и вода (Н₂О). Поднимающаяся магма выносила эти вещества на поверхность, и там они из нее выделялись. Таким образом началось создание атмосферы Земли, атмосферы, которая на этих ранних этапах была целиком вулканической. Она состояла из метана, водяного пара, аммиака, водорода, азота, и, возможно, некоторого количества окиси и двуокиси углерода. Те же элементы и вещества содержатся в газах, выделяемых современными вулканами. Наиболее существенным отличием древней атмосферы от современной было то, что весь кислород в ней был связан в различных химических соединениях. Свободного кислорода не было. Это очень важно, так как бедная кислородом атмосфера оказывает большое влияние на образование живого вещества, как мы увидим в седьмой главе.

Что касается гидросферы, то не трудно понять, что она образовалась из атмосферы, содержавшей большое количество водяного пара, поступавшего из вулканов. Водяной пар конденсировался и выпадал в виде дождя. При стоке дождевой воды формировались потоки, заканчивавшиеся в озерах, занимавших понижения земной поверхности. Озера росли и сливались, образуя океан. В ходе этого процесса начался круговорот воды.

При соприкосновении атмосферы, содержавшей углекислый газ и воду, с молодыми базальтовыми породами, выходящими на поверхность, должно было начаться их выветривание. Вновь образующиеся потоки несли продукты выветривания, частицы пород и растворенные вещества в новые озера. Веществом, растворенным в воде растущих и затопляющих поверхность суши озер, была соль (на самом деле смесь многих солей), присутствовавшая в воде зарождавшегося океана. Так было положено начало засолению морской воды, которое мы наблюдаем сейчас.

Хотя такая последовательность событий представляется правдоподобной, потому что она хорошо согласуется с нашими знаниями о Земле, все же это только теория, и далеко не доказанная. Кроме того, очень мало известно, сколько времени все это продолжалось - сколько времени потребовалось для того, чтобы атмосфера и океан приобрели свой современный состав и размеры. Есть основания полагать, что в течение по крайней мере последних полмиллиарда или миллиарда лет существенных изменений в составе этих подвижных оболочек не произошло.

Таким образом, представляется вероятным, что составные части земной коры были созданы в ходе вулканической деятельности, проявлявшейся одновременно с выветриванием пород, опусканием и повторным расплавлением пород на большой глубине - иначе говоря, протекавшей одновременно с круговоротом вещества. Вероятно также, что составные части атмосферы и гидросферы "испарились" понемногу из горячих глубин Земли. Они поднялись вверх в виде газов, растворенных в поднимающейся магме, и выделились при извержениях вулканов. Такой перенос вверх происходил начиная с самых ранних этапов истории Земли, и до сих пор на поверхность Земли поступает "новая" вода. К настоящему времени большая часть воды, выделяемой вулканами, - это "старая" вода, которая многократно находилась в круговороте и была нагрета вулканическим теплом, будучи в толще Земли. Но если только полпроцента воды, выделяемой вулканами, представляет собой "новую" воду, то, согласно расчетам, при такой скорости поступления воды на поверхность вся гидросфера, включая океан и все остальное, могла бы быть создана за четыре миллиарда лет.

Эта теория происхождения земной коры, водной оболочки и газовой оболочки Земли очень хорошо согласуется с принципом актуализма, которому подчинены все геологические процессы. Отсюда следует вывод о том, что даже в наиболее отдаленные времена действовали те же процессы, что и сейчас, и характер их проявления был во многом сходен с современным.

Луна. Характер и история Луны имеют связь с нашей теорией происхождения Земли. Данные о Луне, полученные благодаря программе "Аполлон", начатой в 1969 г., до сих пор не выявили ничего не сопоставимого с представлениями об истории Земли, созданной по геологическим данным. По всей вероятности, Луна, очень малый член Солнечной системы, была образована таким же путем, как и Земля, и независимо от Земли. Представляется, что по крайней мере ее внешняя часть подвергалась когда-то расплавлению. Найденные там породы большей частью темноокрашенные магматические породы, частично базальты, частично породы, подобные габбро. Это свидетельствует о поднятии легких компонентов к поверхности в процессе застывания, в то время как более тяжелые компоненты опускались вниз. Мы думаем, что по крайней мере частично это происходило и при образовании земной коры.

Но на этом сходство с Землей кончается. Луна покрыта слоем (толщиной 1,5-3 метра) вещества, обычно называемого "лунной пылью". Мы зовем его лунным реголитом. Он состоит из продуктов механического разрушения нижележащих коренных пород. Некоторые из них представляют собой большие или малые обломки, но большая часть пылевидная. Такое механическое разрушение вызвано не физическим выветриванием, как на Земле, - это результат бомбардировки малыми и большими метеоритами лунной поверхности. Некоторые из них достигали огромной величины. Удары метеоритов вызвали также и образование лунных кратеров. Конечно, метеориты попадают и в атмосферу Земли, самое меньшее 20 миллионов ежедневно. Но большей частью они очень малы и "сгорают" - распадаются - в результате трения при прохождении через атмосферу. Время от времени крупные метеориты попадают и на поверхность Земли, и когда это случается, в месте падения образуется кратер.

Лунная пыль - реголит Луны - не обнаруживает никаких следов химического выветривания, обычных для рыхлого чехла земных пород. Причиной этого является отсутствие на Луне атмосферы и гидросферы. Отсутствие это нетрудно объяснить. Земля имеет достаточно большую массу, чтобы сила ее тяготения удерживала газы, составляющие ее атмосферу. Но масса Луны составляет только 0,012 массы Земли и недостаточна для удержания каких-либо газов. Поэтому на поверхности Луны не происходит химическое выветривание.

В первой главе отмечалось, что континентальная кора Земли гораздо толще, чем океаническая, и отличается от последней по составу. В пятой главе было рассказано, как отдельные континенты медленно увеличивают свои размеры. .Наша карта современной поверхности Земли отличается от карт поверхности Земли, существовавшей, скажем, сто миллионов лет назад. Такие большие изменения трудно понять, если не представить себе сначала общую картину строения Земли.

Континенты не остаются на месте, а движутся. Достойно изумления, что впервые предположение о таком движении было выдвинуто около 350 лет назад, и с тех пор выдвигалось еще несколько раз, однако эта идея получила признание ученых только после 1960 г. Большинство людей считало, что жесткость коры исключает движение континентов. Теперь все мы знаем, что это не так. Чтобы понять, что происходит с континентами, давайте рассмотрим некоторые доказательства их движения.

Доказательства движения континентов. Доказательства того, что по крайней мере некоторые континенты, разобщенные сейчас, раньше соединялись, или того, что они изменили положение, включают следующее:

1. Контуры некоторых континентов, обращенных друг к другу и разделенных океаном, позволяют предположить, что в прошлом они соединялись, как две части головоломки. Наиболее очевидный пример этого - Южная Америка и Африка. Так как истинной окраиной континента является не современная береговая линия, а скорее внешний край континентального шельфа, проверять соответствие континентов лучше не по обычной карте, а по карте, показывающей шельфы (рис. 16).

2. На некоторых парах континентов обнаруживается соответствие другого рода - особые типы пород, древние горные пояса, одинаковые ископаемые животные и растения. Все эти совпадения позволяют предполагать, что такие континенты когда-то соединялись.

3. Ископаемые животные и растения, которые должны были жить в теплом климате, встречаются на некоторых континентах, на таких широтах, где современный климат гораздо холоднее.

4. Убедительные доказательства широкого распространения древних ледников встречаются в породах, возраст которых около 250-300 миллионов лет, в восточной части Южной Америки, в Южной Африке, Индии, Австралии, на таких широтах, где сейчас теплый климат препятствует образованию ледников. Подобные следы древнего оледенения найдены в Антарктиде, где ледники существуют и ныне. Представляется, что все эти континенты были некогда частями одного континента, который распался на куски. Они двигались порознь. Некоторые из них переместились в более теплые климатические пояса, а Антарктида заняла свое исключительное положение на Южном полюсе.

5. Во многих пластах содержатся свидетельства того, что континенты переместились по отношению к магнитному Северному полюсу. Это положение требует разъяснения.

Магнитные данные. Если мы хотим знать точное направление, мы пользуемся компасом. Стрелка, будучи намагниченной, располагается вдоль линий магнитного поля Земли; она указывает на магнитный Северный полюс. Подобно этому, некоторые горные породы являются естественными компасами. Переносящиеся водным потоком кристаллы магнитных железистых минералов, соответствующие по размеру частицам песка или алеврита, ведут себя подобным же образом. Когда они осаждаются в русле, они ориентируются вдоль линий север - юг, и во многих случаях эта ориентировка сохраняется, даже когда осадок в конце концов становится осадочной породой.

Подобное воздействие претерпевают магнитные железистые минералы в магматических породах, например, в базальтах. Когда магма или лава остывает, она достигает такой температуры, ниже которой эти минералы могут приобрести намагниченность, параллельную магнитному полю Земли. Эта магнитная ориентировка (не имеющая ничего общего с ориентировкой самого кристалла в породе) сохраняет ориентировку магнитного поля, существовавшего тогда, когда остывали породы. Такие железистые минералы представляют собой как бы стрелки компасов, указывающие положение магнитного полюса.

Ученые обнаружили указатели прежнего направления магнитного поля в слоях различного возраста и не поленились измерить их в сотнях точек и в целой серии различных стратиграфических горизонтов (соответствующих серии различных моментов времени в прошлом). Результирующие направления отличаются от тех, которые компас показывает в этих же точках в настоящее время. Подобные направления свидетельствуют, что по крайней мере за последние 200 миллионов лет или около того континенты испытали значительные перемещения не только по отношению к полюсу, но и по отношению друг к другу. Путь, пройденный тем или другим континентом, может быть прослежен, по крайней мере в общих чертах, если не вполне точно.

В ходе исследований ориентировки древнего магнитного поля выявился поразительный факт. Было обнаружено, что во многих слоях Земли, накопившихся за последние несколько миллионов лет (промежуток времени, охваченный исследованиями), намагниченность частиц обратна современной.

Магнитные частицы в породах указывают в сторону не Северного, а Южного полюса. Радиометрические датировки тех же пластов показывают, что обратная ориентировка фиксируется на всем земном шаре в одни и те же промежутки времени. Очевидно, в это время само магнитное поле Земли, контролирующее эту ориентировку, имело обратное направление, и два его полюса менялись местами. Такие "обращения" магнитного поля происходили неоднократно.

Что заставляло магнитное поле изменять направление? Мы пока не знаем, но предполагается, что изменения могли быть вызваны движениями в жидкой части железосодержащего ядра Земли. Во всяком случае, они проявлялись на всей Земле сразу.

Оказалось возможным построить календарь изменений магнитного поля для всего земного шара. Этот календарь (рис. 20) показывает промежутки времени, в течение которых магнитное поле было нормальным (таким, как в нынешнее время), и промежутки, когда оно было обращенным. Обращения (инверсии) магнитного поля Земли, открытие которых сделало возможным создание указанного календаря, представляют собой явление, совершенно отличное от колебаний ориентировки магнитного поля, измерения которых легли в основу вывода о движении континентов.

Рис. 20. Хронологическая шкала обращений магнитного поля Земли, построенная по данным радиометрических определений возраста пород, для которых измерялось направление намагниченности

Сравнивая магнитный календарь с геохронологической шкалой (табл. 1), можно увидеть, что отрезок времени длиной в 4,5 миллиона лет, который охватывает этот календарь, включает весь голоцен, весь плейстоцен и часть плиоцена. Вооруженные знанием того, что магнитные обращения случаются и запечатлеваются в ориентировке магнитного ноля в затвердевших базальтах на континентах, мы можем теперь воспользоваться этим при рассмотрении магнитной ориентировки базальтов на дне океана.

Срединные океанические рифты. Самым замечательным в серии открытий, сделанных после 1950 г. в изучении океана, было признание того, что дно океана не представляет собой плоскую монотонную равнину; формы его так же разнообразны, как и формы поверхности континентов. Среди многих форм есть и глубокий рифт - долина, продолжающаяся почти непрерывно на протяжении более 6000 километров, местами глубиной более 1000 метров, которая делит на две части Атлантический океан (рис. 22) и пересекает Индийский и Тихий океаны.

Рис. 21. Широтный профиль дна средней части Атлантического океана. Виден рифт (в данном месте глубиной около 1800 метров), по которому происходит поднятие базальтовых лав

Рифт занимает центральную, наиболее приподнятую часть срединного океанического хребта. Это странное соотношение отчетливо видно на рисунке 21. Рифт гораздо глубже глубокой долины, изображенной на этом рисунке, он продолжается под поверхностью на 50-100 километров в глубь Земли, и по всей его длине на поверхность дна океана поступает огромное количество тепла из глубин.

Рис. 22. Рифт, разделяющий на две части дно Атлантического океана. Он разбит на отдельные фрагменты, смещенные влево или вправо по поперечным линиям, представляющим собой разломы, которые продолжаются в глубь земной коры. Продолжение рифта за пределами Атлантического океана на рисунке 25

Под тонким покровом рыхлых осадков, выстилающих большую часть дна глубоководных областей океана, по обеим сторонам рифта ложе океана сложено базальтами. Когда исследовательские корабли, оборудованные магнитометрами, начали производить измерения магнитной полярности базальтов, слагающих дно океана на глубине несколько километров, курсируя в западном и восточном направлениях поперек зоны рифта на сотни километров, магнитометрическая съемка дала поразительные результаты. Оказалось, что на дне выявляются чередующиеся полосы, или зоны нормальной (северной) и обращенной (южной) намагниченности. Эти полосы параллельны рифту, причем на различных сторонах рифта они представляют зеркальное отображение (рис. 23). Последовательность узких и широких полос совпадает с верхней частью календаря изменений магнитного поля Земли, изображенного на рисунке 20. Основываясь на этом совпадении, возраст каждой полосы можно считать таким же, как возраст соответствующего подразделения указанного календаря. Самые молодые полосы базальта залегают непосредственно вблизи рифта, к ним примыкают более древние. С удалением от рифта вправо и влево мы встречаем все более и более древние полосы.

Рис. 23. Схема, показывающая полосчатое строение базальтов, образующихся в зоне срединно-океанического рифта при затвердевании поднимающейся магмы (показанной широкой стрелкой). Базальт постоянно перемещается вправо и влево от зоны рифта (показано тонкими стрелками) по мере наращивания Дна океана. Каждая полоска сохраняет направление магнитной полярности, приобретенное ею при затвердевании. Штриховкой показаны полосы с нормальной намагниченностью, светлые полосы имеют обращенную намагниченность

Эта поразительная закономерность может обозначать лишь одно обстоятельство. Очевидно, происходит непрерывное образование новой земной коры в результате затвердевания лавы, поднимающейся из глубин в зоне рифта. Кора должна перемещаться из области рифта в противоположных направлениях, часть к западу, а часть к востоку, как два конвейера, движущиеся наружу от общей оси (рис. 24). Вновь образующаяся лава сохраняет нормальную или обращенную полярность, которая запечатлевается в ней в результате воздействия магнитного поля Земли в момент остывания. Каждый раз, когда поле Земли меняет ориентировку на обратную, начинается новая зона. Происходит это потому, что зоны выделяются не по составу лавы (которая, постоянно поднимаясь и застывая, всегда имеет одинаковый состав), но исключительно по полярности зерен магнитных минералов, содержащихся в ней. Другими словами, без магнитометрической съемки мы не могли бы выделить этих полос.

Рис. 24. Серия из четырех конвейеров, движущихся во взаимно противоположных направлениях. Сравните рис. 23

Какова же скорость этого необычайного процесса? Современная скорость рассчитывается по шкале магнитных обращений (рис. 20), и оказалось, что кора в западной части Атлантического океана движется сейчас на северо-запад со скоростью 1-2 сантиметра в год.

Если мы примем скорость постоянной и равной 1,5 см/год, то одно только перемещение этой части должно было расширить Атлантический океан за последние 100 миллионов лет на 1500 километров. Движение восточной окраины рифта на восток должно было еще больше увеличить ширину Атлантики. Действительно, имеются доказательства того, что 150-200 миллионов лет назад (то есть в, позднетриасовое, или раннеюрское, время) Атлантический океан не существовал, а восточный берег Северной Америки, имел жесткое соединение с северо-западной Африкой.

Однако кора в области Атлантики движется сравнительно медленно. Расчеты с помощью шкалы обращений магнитного поля Земли показывают, что в Индийском океане скорость движения достигает 3 см/год, а в некоторых частях Тихого - 6 см/год и более. Ширина черных полос на рисунке 25 показывает площади новообразованной коры вдоль срединно-океанических рифтов за последние 10 миллионов лет. По ним можно судить об относительной скорости движения в различных океанах.

Рис. 25. Главные плиты коры движутся, как показано стрелками, удаляясь от рифтовых зон (черные полосы), в которых происходит поднятие лавы, и по направлению к зонам (заштрихованные полосы), где происходит медленное погружение коревого вещества в глубь тела Земли. Ширина черных полос показывает ширину зон земной коры, образовавшихся за последние 10 миллионов лет. Общая площадь этих зон составляет 5% площади поверхности Земли. За это время такие же по площади участки коры подверглись разрушению, погрузившись в недра Земли (в областях, показанных штриховкой). Проекция карты выбрана таким образом, чтобы сохранить масштаб по возможности одинаковым.

Посмотрев еще раз на рисунок 22, мы увидим множество линий, направленных с востока на запад, по которым Атлантический рифт подвергся смещению. Эти отчетливые, глубоко проникающие разрывы вызваны напряжениями, возникающими в коре под действием противоположно направленных движений. Они представляют собой одну из разновидностей геологических образований, называемых разломами. Трение при движении блоков коры по разломам является причиной многочисленных землетрясений.

Система желобов и горных цепей. Таким образом, ясно, что части земной коры движутся. Движутся не только сами континенты, но и целые плиты земной коры толщиной от 50 до 100 километров, на спине" которых плавают континенты. Можно сравнить плиту коры, несущую на себе частично погруженный в нее континент, с широкой глыбой льда, в которую вмерзло бревно и которая плавает в озере вместе с другими льдинами.

Но куда движутся континенты? Если материал коры создается одна полоса за другой, в области срединно-океанических рифтов, то что-то, видимо, должно происходить с корой, чтобы размеры ее не увеличивались и соответствовали размерам Земли. Где-то она должна разрушаться с такой же скоростью, с какой она создается.

Участки ее разрушения не трудно найти. Вокруг всего земного шара прослеживается система узких длинных полос, показанных штриховкой на рисунке 25. Они тянутся от Антарктиды к мысу Горн, вдоль западных окраин обеих Америк, через Алеутские острова, Японию, Филиппины, Новую Гвинею и Новую Зеландию. Ветвь, отходящая от этой системы, тянется на запад, через Индонезию, Гималаи, Иран, Турцию и область Средиземноморья.

Эта огромная система состоит из трех элементов: 1) глубоководные желобы на дне океана, достигающие 11 километров глубины - величина, превосходящая высоту самых высоких гор; 2) дугообразные ряды вулканических островов, подобные ожерелью; 3) длинные цепи высочайших гор Земли. Цепь, которую образуют все три элемента, представляет собой зону нестабильности. Нестабильность указанной зоны убедительно доказывает тот факт, что почти все самые сильные и самые глубокие землетрясения происходят в данной зоне. Наиболее значительными землетрясениями последнего времени были землетрясения в Чили, Калифорнии, Аляске, Иране и Турции.

В целом эта гигантская цепь дополняет собой океанический рифт огромной протяженности. С обеих сторон к ней движутся плиты коры. Они изгибаются вниз и поглощаются Землей и в глубине переплавляются (рис. 26), подобно восковой свече, которую держат горизонтально и медленно вводят в горячее пламя. Разрушение в результате плавления на одном конце происходит с такой же скоростью, с какой образуется кора на другом конце. Поэтому общая площадь коры остается постоянной. Процессы образования коры приурочены к океаническим рифтам, а процессы ее разрушения - к системе желобов и гор. На обширных площадях между этими зонами процессы происходят не так активно и состоят главным образом в эродировании пород, накоплении осадков и постепенном поднятии или прогибании земной коры.

Рис. 26. Схема, показывающая образование и разрушение земной коры и столкновения плит коры. Видны участки четырех плит (А, Б, В, Г); стрелками показано направление их движения. Океанический рифт (Р) осложнен разломами. В краевой части плиты А на модели прорезано отверстие, через которое видно, что в передней части плита Б погружается под плиту А, а в задней части соотношение обратное. В другом случае столкновения плита В погружается под плиту Г. Столкновение плит сопровождается землетрясениями и горообразованием. Масштаб схемы не выдержан. Длина соответствующего ей участка земной коры может достигать 5000 км. Континенты на схеме не показаны[1]

Геометрия плит коры. Мы сравнивали плиты коры, часть из которых показана на рисунке 25, с отдельными частями головоломки. Сравнение не слишком близкое, так как части головоломки сохраняют свои контуры, а плиты коры надстраиваются с "хвостовой стороны" и разрушаются путем расплавления с переднего края. Поэтому их форма не остается постоянной. Некоторые из них сейчас, возможно, представляют лишь осколки существовавших ранее, а другие (как, например, Евразия) могут состоять из нескольких более древних плит, спаянных воедино. Аналогия с конвейерной лентой хотя и полезная, но тоже не очень близкая, поскольку плиты поворачиваются. Например, различная ширина черных полос на рисунке 25 показывает, что в течение последних 10 миллионов лет Тихоокеанская плита повернулась по часовой стрелке. В этом отношении плиты в большей степени напоминают огромные льдины, которые движутся по течению в озере, постоянно соприкасаясь и сталкиваясь друг с другом, и медленно поворачиваясь, и даже тая по краям, и снова замерзая. Очень вероятно, что цепи высочайших гор Земли являются результатами столкновений между плитами коры. Например, система Альп, обнаруживающая признаки сильного изгибания, смятия и выжимания пластов, некогда горизонтальных, могла быть образована при столкновении движущейся к северу Африканской плиты с Евразийской. Таким же образом Гималаи могли образоваться при столкновении Индийской плиты с Евразийской. Гималаи все еще активны, поднимаясь со скоростью около 30 сантиметров в столетие. Слои осадочных пород, типичных для многих континентальных шельфов (рис. 16), не могли бы выдержать, окажись они зажатыми между двумя огромными массами, каждая толщиной в десятки километров, сближающимися хотя и медленно, но с огромной инерцией. Маленькая лодка, зажатая между двумя тяжело груженными баржами, скорее всего будет раздавлена до неузнаваемости, хотя бы баржи и двигались со скоростью менее 6-8 километров в час.

Когда мы говорим о баржах, плавающих в воде, мы должны помнить, что мы описываем не континенты, свободно плавающие и движущиеся в базальтах. Мы говорим о толстых плитах базальта, которые движутся в каком-то еще более тяжелом веществе, залегающем ниже, и несут на себе континенты. Поэтому по линии желобов и хребтов сталкиваются не только континенты, но и целые толстые плиты коры с покровом глубоководных осадков, описанных в пятой главе. Некоторые горы (как, например, Альпы) включают большие массивы метаморфических пород, химический состав которых указывает на принадлежность их к глубоководным океаническим отложениям, подвергшимся сжатию. Эти осадки были слишком легкими, чтобы погружаться, и вероятно, нагромождались вдоль желоба, по мере того как базальтовая плита, подстилавшая их, погружалась в глубины Земли. Подобно пене, плавающей на поверхности воды, эти отложения продолжали плавать и в результате подверглись такому интенсивному сжатию, что были превращены в метаморфические породы.

С помощью магнитных данных, которые мы описали раньше и которые показывают положение магнитных полюсов в прошлом, мы можем проследить, возвращаясь в прошлое время, вероятное положение континентов до 100 миллионов лет назад, то есть до мелового времени. Тогда континенты находились ближе друг к другу, чем сейчас, и Атлантический океан был гораздо уже. Попытки проследить движение дальше в глубь времен (до ранней юры или еще более раннего времени) дали нам гораздо менее четкие результаты. Одна из карт мира, восстанавливающая ситуацию, которая могла бы быть 200 миллионов лет назад (рис. 27), показывает современные континенты объединенными в единый "мировой континент", который затем распался на куски, как подтаявший весной лед на озере. На рисунке показаны предполагаемые пути движения отдельных кусков, по которым они достигли своего современного положения.

Рис. 27. Карта, иллюстрирующая пока еще не доказанное положение о том, что около 200 миллионов лет назад (в начале юрского периода) на Земле существовал огромный единый континентальный массив, который затем распался на плиты. Последние перемещались в направлениях, указанных стрелками, и создали существующие ныне континенты. Подбор соответствующих друг другу фрагментов проводился с помощью ЭВМ

Какой бы интересной и многообещающей ни была эта карта, нужно отдавать себе отчет в том, что она пока целиком принадлежит к области теоретических построений. Однако сами плиты, возможно, гораздо старше 200 миллионов лет. Действительно, они могли впервые образоваться уже 2,5 миллиарда лет назад. Если это так, то период их существования охватывал больше половины всей истории Земли.

Что заставляет их двигаться? Читатель не может представить себе этот подвижный ряд рифтов, желобов, движущихся плит коры и горных цепей, не задаваясь вопросом, что же заставляет их двигаться? Каков механизм этого движения и откуда берутся огромные запасы энергии, управляющие им? Имея представление о системе в целом, мы не знаем, что заставляет ее работать. Несомненно, энергия ее имеет своим источником внутреннее тепло, которое поступает на поверхность интенсивнее всего в области океанических рифтов. Представляется вероятным, что большая часть этого тепла создается радиоактивным распадом во внешней части тела Земли.

Но если даже внутреннее тепло действительно дает необходимую энергию, каким образом эта энергия приводит в движение плиты коры? Было предложено несколько объяснений. Одно объяснение, получившее широкую поддержку, - это механизм конвекции, процесс, который можно наблюдать в кастрюле с очень густым супом, нагретым до кипения. Нагреваясь у дна кастрюли, жидкость медленно поднимается, образуя беспорядочно размещенные вертикальные токи или ячейки. Достигая поверхности, она охлаждается, растекается и опускается в других местах, освобождая место для поднимающихся более горячих масс.

Предполагается, что конвекция происходит в мантии Земли. В простейшем виде эта идея заключается в следующем: медленно поднимаясь в области океанических рифтов, тяжелое вещество, обладающее свойствами жидкости, достигает коры и растекается под ней. Удаляясь от рифтов, оно увлекает с собой расположенные выше плиты коры. Области под желобами и горными цепями соответствуют опускающимся звеньям конвекционной системы. Текучее вещество мантии, несколько охлажденное, опускается, уравновешивая восходящий поток нагретого вещества в области рифтов.

Представление об этом механизме является чисто гипотетическим и вызывает серьезные возражения. Предлагались и другие, менее простые объяснения. Но нам придется подождать, пока возникнет более совершенная идея, которая удовлетворит большинство ученых.

Теперь, когда мы представили себе движение плит коры, мы видим более ясно, каким образом гранитные породы континентов отделяются от более тяжелых базальтовых пород. Плиты коры, состоящие из базальтов с включенными в них более легкими материковыми породами, опускаются по системам желобов. Погрузившись на достаточно большую глубину, они частично расплавляются, образуя более легкую магму, чем чисто базальтовая. Эта магма, естественно, стремится двигаться к поверхности, и образовавшиеся породы в конце концов подвергаются химической сортировке процессами выветривания. Таким образом, движение плит способствует тому, что с течением времени континентальная кора делается легче и приближается по своему составу к гранитам.

Мы заканчиваем обзор наших представлений о том, как образовалась планета Земля, как создались континенты и необыкновенная система активных рифтов, движущихся плит и горных цепей. Мы проследили, хотя и бегло, каким образом Земля пришла к своему современному состоянию физического тела, на поверхности которого протекают столь разнообразные процессы. Следующий наш шаг - понять, каким образом поверхность Земли оказалась населенной огромным количеством разнообразных живых организмов.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЗЕМЛИ:

Abelson P. H., 1966, Chemical events on the primitive earth: "Nat. Acad. Sci. Proc." v. 55, p. 1365-1372. McLaughlinD. В., 1965, p. 669-698 in Kay, Marshall, Colbert E. H., Stratigraphy and life history: John Wiley 8; Sons, New York.

Urеу H. C., 1952, The origin of the earth: "Sci. American", v. 187. p. 53-60.

ЛУНА:

Mutch T. A.. 1970, Geology of the Moon: Princeton University Press. Princeton, N. J.

МАГНИТНЫЕ ОБРАЩЕНИЯ:

Сох Allan, and others, 1967. Reversals of the Earth's magnetic field: "Sci. American", v. 216, p. 44-54.

ДВИЖЕНИЕ ПЛИТ ЗЕМНОЙ КОРЫ И КОНТИНЕНТОВ:

Воtt M. H. P., 1971. The interior of the Earth: St. Martin's Press, New York. Ernst W. G.. 1969, Earth materials: Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, N. J.

Hammond A. L., 1971, Plate tectonics...: Science, v. 173, p. 40-41, 133-134.

Heirtz1er J. R.. 1968. Sea-fооr spreading: "Sci. American", v. 219, p. 60-70.

Menard H. W., 1971, p. 1-14 in Turekian К. К., ed., Late Cenozoic glacial ages: Yale University Press, New Haven.

Mоrgan W. J.. 1968, Rises, trenches, great faults, and crustal blocks: "Jour. Geophys. Research", v. 73, p. 1959-1982.

Wilson J. Т., and others, 1972, continents adrift: W. H. Freeman and Co., San Francisco. (Paperback) (Reprints of 15 articles from Scientific American about the movement of crust plates.)

Примечания:

1

Р. Ф. Флинт излагает тектоническую теорию плит. Эта теория пользуется большим распространением, но не является единственной. - Прим. ред.