Гипотезы о внутренней дифференциации Земли.

Ключевые слова:Эндодинамика, гипотеза, дрейфе материков, конвекционные течения, внутренняя дифференциация, литосфера, тектоника, энергия, равнины, сокращение, расширение, смятие, магма, растяжение, сжатие, базальт, субстрат, мобилизм, рифтообразование, субдукция, источник.

В течение геологической истории земная кора испытывает сложные перемещения в пространстве. В результате изменяется рельеф земной поверхности, возникают горы и глубокие океанические впадины. В динамическом плане в земной коре распространены деформации, как растяжения, так и сжатия. Одновременное проявление этих деформаций в одних и тех же участках земно коры существенно затрудняет объяснение их движущих сил. Определение механизма и выяснение этих сил, объясняющих указанные выше морфологические, динамические и тектонические различия строения и развития различных участков земной коры представляет собой сложную проблему, пока ещё окончательно не решенную.

Существуют многие гипотезы, дающие приблизительные объяснения на данный вопрос. Ниже приводим некоторые из них:

II. Гипотеза контракции основана на идее о сокращающейся (сжатие) в своих размерах Земли. Эта гипотеза заключается в предположении, что Земной шар сокращается в объёме вследствие постепенного охлаждения, т.е. охлаждение (которое происходит медленно) Земли вызывает последовательное уменьшение её среднего радиуса, и это привело к непрерывному проседанию отдельных участков Земной коры и следствие, появление горизонтальных (тангенциальных) сил, под влиянием последних смятие слоёв в складки и образование гор, выжимание магмы по трещинам на поверхность (Э. Зюсс, Эли де Боман, Г.Э. Ог, Г. Штиле, А.П. Карпинский, И.В. Мушкетов) Другими косвенными подтверждениями возможного проявления контракции являются предположения о современном остывании Земли, сделанное исходя из наблюдаемого в геологической истории уменьшения интенсивности проявления вулканизма.

Отсутствие деформаций и складок и небольшая мощность земной коры – океанического типа, позволили предположить, что основным планетарным видом деформаций является не сжатие, а растяжение. На этом предположении основана гипотеза расширяющейся Земли (М. Рид, Б. Линдеман, М.М. Тетяев, И.В. Кириллов и др.). В соответствии с этой гипотезой в первоначальном состоянии Земля имела плотность 9,13 г/см ³, а не 5,52 г/см3 и радиус её был равен 5430 км (при современном измерении значение равно 6371,11 км). При этом вся поверхность нашей планеты была покрыта мощной корой, аналогичной современной континентальной коре. В результате разогрева и расширения Земли возникли глобальные разрывы, и отдельные участки коры раздвинулись, образовав современные континенты. Однако, такое значительное увеличение планеты должно было бы сопровождаться резким замедлением скорости её вращения, изменилась бы величина силы тяжести, что должно было бы отразиться в эволюции растений и животных. А следов таких существенных изменений в геологической истории не обнаружено.

Американский геолог В. Батчер предложил (в развитии вышеописанных двух гипотез) третью гипотезу – пульсирующей Земли, которая явилась синтезом двух вышеописанных гипотез. «Как бы Земной шар переживает то фазы расширения, то фазы сокращения объёма и сжатия. Растяжение земной коры сопровождается опусканиями отдельных её участков; сжатие - поднятиями. Сжатие влечёт за собой развитие складчатости, надвигов и появление кислых интрузий. Растяжение ведёт к появлению глубоких трещин и излиянию основных магм». (эту гипотезу поддержали М.А. Усов, В.А. Обручев).

Пульсационная гипотеза так же практически не имеет физического обоснования. Она не объясняет, почему складкообразованию подвергаются в основном участки мощной континентальной коры, почему в геосинклинальных областях зоны сжатия часто соседствуют с зонами растяжения и т.д.

III a). В 1915 г. Немецкий учёный А. Вегенер выдвинул гипотезу « О горизонтальных перемещениях материков или дрейф материков» получившего названия мобилизма. Где ссылается на факт сходства очертаний восточных берегов Южной Америки и западных берегов Африки. А также совпадение их строения по ряду геологических признаков. Эти геологические факты легли в основу гипотезы. А. Вегенер считает в конце каменноугольного (С) периода современные континенты представляли собой один крупный континент. В мезозое началось дробление данного крупного континента (Панчей) и дрейф отдельных континентальных глыб в направлении к их современному положению.

Таким образом, А. Вегенер полагал, что лёгкие «сиалические» глыбы материков под влиянием сил, возникающих в земной коре при вращении Земли вокруг своей оси, смещаются, передвигаясь по тяжёлому и пластичному слою «Сима». Когда-то единый материк раскололся, и отдельные его части расползлись по поверхности Земли: Северная и Южная Америка отошли от Европы и Африка на Запад. Австралия отошла от Африки на восток, пересекла место, занимаемое Индийским океаном. И повернулась на 90⁰, заняв нынешнее положение, т.п.

Существенным недостатком гипотезы А. Вегенера явилась отсутствие её физического обоснования. Гипотеза имеет описательный характер.

б) Иной механизм перемещения континентальных глыб был разработан в 1929 г. А. Холмсом о существовании в мантии (субстрате) медленных восходящих конвективных потоков, которые приводят к разрыву коры, раздвиганию блоков образуют океаническое дно (молодое). Перетекание вещества, в районе нисходящих потоков, наоборот, блоки сталкиваются, сминаются, образуя системы надвигов, а глубинные слои коры даже вовлекаются в мантию, переходя в глубинные аналоги базальтов (рис.1).

А. континентальный массив

Новая идея, подтверждающая возможности горизонтального дрейфа под названием «Тектоники плит» разработана Г. Хессоном и Р. Дицем (США). По мнению авторов гипотезы, в зонах рифтообразования происходит «Раздвигание» плит литосферы с образованием молодой океанической коры в центральной рифтовой зоне, характеризуется прерывистостью, сопровождается внедрениями мантийного вещества из атмосферы и разрывами маломощных базальтов в рифтовой зоне. С этой активной зоной связаны проявления вулканизма, неглубокие фокусы землетрясений и аномалии теплового потока. Движущие силы механизма перемещения блоков литосферы авторы гипотезы тектоники плит связывают с конвективным перемешиванием мантийного вещества, что близко к взглядам А. Холмса.

Таким образом, в соответствии с гипотезой тектоники плит под действием потоков мантийного вещества происходят глобальные перемещения континентов, но не изолировано, как считал А. Вегенер, а в составе мощных плит литосферы. Согласно современным данным, литосфера состоит из семи крупных плит, ограниченных зонами смятия: Тихоокеанской, Евроазиатской, Индийской, Африканской, Антарктической, Северо-Американской и Южно-Американской.

Кроме того, выделяется ряд более мелких «обломков» литосферы, так называемых микроплиты.

Каждая плита обладает главным направлением перемещения. Шесть плит (кроме Тихоокеанской) содержат в литосфере континенты или их части, которые участвуют в перемещении блоков.

Вопрос: Как формировались горные сооружения?

Основным недостатком рассматриваемой гипотезы является слабая аргументация «Заталкивание» (субдукция) в мантию на глубину до 700 км твёрдой литосферы недостаточно обосновано с точки зрения физики. Кроме того, сам факт наличия здесь системы глубинных разломов, пересекающих не только литосферу, но и более глубокие слои мантии (до 700 км), не увязывается с возможностью широких горизонтальных перемещений плит или, во всяком случае, существенно ограничивает эту возможность.

IV. Гипотезы внутренней дифференциации вещества Земли. В 1929 Д.Джоли выдвинул эту гипотезу. Он считал, что в сиалическом веществе материков, постепенно в результате распада радиоактивных элементов, вырабатывается тепло, сравнительно быстро накапливающиеся под континентами (ввиду их малой тепловодности). За несколько десятков миллионов лет слой материков нагревается настолько, что базальт плавиться, и материи в него погружаются. На поверхности Земли это выражается трансгрессиями морей. В дальнейшем массивы материков сдвигаются в сторону, базальт быстро затвердевает, что сопровождается увеличением его объёма, поднятием материков, регрессией морей и складчатостью. Д. Джоли считал динамику разогрева и остывания блоков земной коры, приводящую в основном к их вертикальным перемещениям – главной движущей силой геотектонических процессов.

Он считал, что весь цикл радиогенного разогрева – проседание, сокращение размеров и вздымание – повторяется с периодом 30-50 млн. лет. Он допускал возможность горизонтального перемещения континентов по расплавленному базальтовому слою под действием сил лунно-солнечного притяжения.

Позже (1942-1948 и 1960-1962 гг.) Белоусов В.В. считал, что подобная глубинная гравитационная дифференциация продуктов плавления верхних оболочек представляет «Основной глубинный процесс и главный источник энергии для тектонических движений и магматизма».

Однако, физическое обоснование гипотезы Д.Джоли не выдержало проверки геологическими данными. Так, было установлено, что температура плавления базальта выше, чем гранита, периодический процесс разогрева и охлаждения подкорового слоя должен довольно быстро прекратиться, силы лунно-солнечного притяжения недостаточны для перемещения (горизонтальном направлении) континентальных глыб.

К недостаткам гипотезы В.В. Белоусова следует отнести отсутствие объяснения природы и механизма горизонтальных тектонических движений в тех масштабах, в каких они наблюдаются. Механизм глубинной дифференциации мантийного вещества изучен пока недостаточно.

Контрольные вопросы:

1. Каковы же источники энергии движущих сил?

2. Как формировались предгорные равнины?

3. Как происходит дрейф континентов?