Геотектонические гипотезы в истории геологии

 

В предыдущих главах мы рассмотрели тектонические структуры Земли, а также виды их движений. Однако помимо самих процессов тектонической мобильности ученых во все времена волновал вопрос о причинах этой мобильности. Взгляды и гипотезы менялись вместе с прогрессивным развитием технологий и всей научной мысли в целом. Рассмотрим же некоторые из них.

Взгляды на причины изменений земной коры и прочих процессов тектоники складывались еще с античных времен. Тогда существовали две основные школы: нептунистов и плутонистов. Первые считали, что причиной всех деформаций является вода и ее растворяющее воздействие на горные породы. Таким образом, основная роль отводилась экзогенным процессам. Вторые же высказывались за влияние на деформации подземного огня, а значит, перманентным считали действие эндогенных сил. После продолжительной эпохи Средневекового застоя, как в культуре, так и в науке с XV–XVI вв. начинается возрождение научной мысли; взгляды и научные гипотезы, в том числе и гипотезы мобильности коры, становятся более обоснованными и научными.

1. Гипотеза поднятий. 2 пол.XVIII в. Основоположниками ее являются М.В. Ломоносов и шотландский ученый Дж. Хаттон. (3) Позже их идеи развивались А. Гумбольдтом, Л. Бухом, Б. Штудером. Суть ее заключалась в том, что движущей силой тектонических процессов является внутреннее тепло Земли. Расплавленная магма поднимается к земной поверхности, либо извергаясь, либо оставаясь под землей и образуя выпуклые формы рельефа. Складчатые дислокации залегающих пород связаны с влиянием поднимающейся магмы. Однако впоследствии были получены новые геологические данные, не вписывающиеся в данную гипотезу. В частности были обнаружены поднятия и складки в зонах, где активный магматизм не проявлялся, также было выявлено несоответствие возраста магматических интрузий и возраста дислоцированных пород во многих горных структурах.

2. Гипотеза контракции. Была предложена французским геологом Эли де Бомоном в 30-е ггXIXв. Она основывалась на представлениях о первично расплавленном состоянии вещества Земли, сформулированных Кантом-Лапласом. После образования планеты вещество, ее составляющее, начало остывать. На поверхности образовалась твердая корка – земная кора, которая вынуждена была деформироваться под воздействием остывающей и сужающейся планеты. Деформации происходили в определенных зонгах – геосинклиналях. Закончена и рассмотрена на практике эта гипотеза была австрийским ученым Э. Зюссом в книге «Лик Земли» (1885–1909 гг.), где с позиций этой гипотезы автор объяснял геологию практически всего земного шара. (4)

Эта гипотеза также не выдержала критики в свете новых научных знаний. Во-первых, ученые отказались от гипотезы Канта-Лапласа и перешли к «холодной» космогонии (Шмидт), (7) говорящей об изначально холодном веществе Земли; во-вторых, было открыто явление естественной радиоактивности, излучаемой энергии при которой хватило бы, чтобы предохранить планету от остывания, будь она изначально горячей; в-третьих, были обнаружены шарьяжи, на образование которых понадобилось бы большее сокращение, нежели то, которое предлагала гипотеза контракции.

3. Пульсационная гипотеза. Появилась в 1 трети XX в. (В. Бухер, М.А. Усов, В.А. Обручев, в наши дни – Е.Е. Милановский). Согласно ей объем Земли на протяжении всей геологической истории изменялся: расширение сменялось сужением и наоборот. Соответственно земная кора испытывала те же движения, неизбежно деформируясь. Эпохи растяжения ознаменовывались активизацией вулканизма, рифтогенеза и спрединга, формирующего молодую океаническую кору. (3) Расширение планеты приводило к уменьшению емкости океанов, что подразумевало трансгрессии и отложение мощных слоев осадков на суше. В эпохи сжатия наоборот все эти процессы замедлялись, либо прекращались вовсе. Образуются складчато-надвиговые деформации, проявляются регрессии и активируются процессы денудации и эрозии. Гипотеза также была отвергнута большей частью научного мира. Изучив процесс формирования молодой коры в рифтовых зонах, ученые пришли к выводу, что количество коры, образовавшееся в зоне спрединга, приблизительно равняется количеству старой океанической коры, одновременно с этим поглощающейся в зоне субдукции. Т.о. глобального расширения планеты происходить не может, а поскольку процессы спрединга и субдукции идут всегда в одном направлении под сомнением оказывается и возможность смены растяжения сжатием.

4. Гипотеза расширяющейся Земли. (Б. Линдеман, О. Хильгенберг, М.М. Тетяев, 30-е гг XX в. Суть ее заключается в том, что планета Земля испытывает постоянное расширение и увеличение своего радиуса. С этих позиций довольно легко объясняется появление впадин и котловин, а также трещин и разломов толщи земной коры. Однако не поддается объяснению факт складчато-надвиговых деформаций и формирования горных систем. Эта гипотеза объясняла и образование материков, бывших когда-то единым целым, но разорвавшихся под действием сил растяжения. (5)

5. Гипотеза глубинной дифференциации. Сложилась в 30–50-е гг. XX в. В.В. Белоусовым, Р.В. Ван Беммеленом. По существу она являлась модернизированной в свете новых научных знаний гипотезой поднятий. (3) Принцип формирования горно-складчатых структур был тот же, однако более подробно был описан сам процесс. Под влиянием радиоактивного тепла плавилось вещество астеносферы, что вызывало дифференциацию верхнего слоя мантии. Этот процесс характерен для геосинклинальных областей с повышенным проявлением магматизма и повышенным количеством тепловых потоков. Расплавленное вещество мантии собирается в крупные тела – астенолиты, которые по глубинным разломам поднимаются к поверхности. Они расплавляют и преобразовывают базальтовый и гранитный слои земной коры. Одновременно с этим слой коры над астенолитом испытывает поднятие.

6. Гипотеза «критических» параллелей. Скорость вращения Земли вокруг своей оси неравномерна. Постепенно Земля замедляется, что приводит к перераспределению земного вещества: происходит его направленный ток от экватора к полюсам. Соответственно с этим фигура Земли изменяется, все больше приближаясь к шарообразной. Как показали исследования Я.Я. Гаккеля, Г.Н. Каттерфельда, М.В. Стоваса при перемещении вещества в земной коре создаются геодинамические напряжения, обусловленные неравномерностью как скорости Земли, так и тока вещества. Максимумы этого напряжения выделяются на определенных параллелях и меридианах. Н.Н. Идельсон предложил называть их «критическими». Это параллели: 0⁰, 35⁰, 62⁰, 70⁰. Критические меридианы: 105⁰-75⁰, 60⁰-120⁰, 150⁰-30⁰ восточной и западной долготы соответственно. Эта гипотеза подтверждается исследованиями приуроченности горных систем к широтным поясам (1888 г., А.А. Тилло, А.И. Воейков), а также работами А.П. Карпинского, касающихся горных систем субмеридионального распространения. Действительно, как на территории России, так и за ее пределами наблюдается повышенная тектоническая активность в настоящем времени и в прошлые периоды, привязанная к определенным широтам и долготам, указанным в качестве «критических». (1)

7. Все вышеперечисленные гипотезы основывались на идее стабильности земной коры, либо не касались напрямую этого вопроса. Кардинально новое течение было предложено в начале XX в. Ф. Тейлором и А. Вегенером – гипотеза перемещения материков.В отличие от остальных она допускала возможность отрыва земной коры от нижележащих слоев литосферы и передвижение ее в горизонтальном направлении. В связи с этим новое течение было названо мобилизмом. Первой гипотезой в сфере него была гипотеза дрейфа континентов Альфреда Вегенера (1912 г.) Согласно ей в конце палеозоя – начале мезозоя существовал единый суперматерик – Пангея. (3) Затем он раскололся, материки раздвигались, и на местах разломов формировалась океаническая кора. Как и авторы гипотезы расширяющейся Земли, Вегенер обратил внимание на сходство противоположных друг другу материковых берегов. Однако причину этого он рассматривал не в расширении Земли, а в перемещении самих материков.

8. Описав сам процесс движения блоков земной коры, Вегенер не объяснял причины, его вызывающие. Поэтому вскоре эта гипотеза была отвержена. Однако во второй половине XX в., после того, как были сделаны многие важные открытия (открытие мировой системы срединно-океанических хребтов, геофизическое подтверждение существования астеносферы, установление коренных отличий континентальной коры от океанической и т.д.) научный мир вернулся к позициям мобилизма и, преобразовав идеи Вегенера, развил их в гипотезу тектоники литосферных плит (60-е гг в.)

Эта гипотеза объясняла многие геофизические процессы, поэтому до 80-х гг. вполне устраивала ученых. Однако с появлением новых знаний в ней обнаружились явные недоработки. (6) Во-первых, с ее позиций никак не объясняется внутриплитный магматизм; во-вторых, гипотеза совершенно не учитывала глобальных космических влияний на Землю, которые несомненно есть; в-третьих, причиной движения литосферных плит было названо конвективное перемещение вещества верхней мантии, однако новые исследования показали, что конвекция протекает и в более глубоких слоях мантии вплоть до границы внешнего и внутреннего ядра; в-четвертых, в геологической истории Земли ученые выделяют от 1 до 4 Пангей, (6) однако образование самой ранней приходится на средний протерозой. Очевидно, что гипотеза ограничена и во времени, и в пространстве. Результаты глубоководного бурения, показавшие, что океаническая кора вблизи срединно-океанических хребтов моложе коры на границе с континентами, и методы космической геодезии, зафиксировавшие медленное передвижение плит показывают, что направление гипотезы в целом верное, однако она требует тщательной доработки. Не так давно группой японских ученых была предложена новая модель Земли. (6) Согласно ей обеспечивается взаимосвязь всех слоев земной тверди. Погружаясь в зоне субдукции, старая охлажденная океаническая кора опускается до границы верхней и нижней мантии и, накопившись в достаточном количестве, продвигается глубже вплоть до поверхности ядра. Внедряясь, она нарушает внутриядерную конвекцию, что рождает гигантские мантийные струи – плюмы. Достигнув границы нижней и верхней мантии, они разделяются на менее мощные, восходящие дальше к земной поверхности и образующие оси спрединга.

Т.о. на протяжении человеческой истории появлялись и сменяли друг друга большое количество гипотез, касаемых деформации земной коры и формирования складчатых структур. Старые гипотезы опровергались последними научными данными, и вместо них приходили новые, которые через какое-то время ждала та же участь. В настоящее время признанной является гипотеза тектоники литосферных плит как наиболее соответствующая знаниям рубежа XX–XXI вв. Однако и она не отвечает на все поставленные вопросы. А это значит, что наука не будет на месте.

 

 

Заключение

В ходе проведения данной работы мы пришли к следующим выводам: земная кора находится в постоянном движении, обусловленном различными геологическими процессами. Эти движения происходят в разных направлениях, с разной скоростью и, следовательно, различно проявляют себя как на земной поверхности, так и в толще пластов пород. Благодаря тектоническим движениям вместе с влиянием экзогенных процессов происходило формирование рельефа Земли как в прошлые геологические эпо – хи, так и в настоящее время.

В качестве примера мы рассмотрели основные черты тектонической мобильности, происходившие на территории нашей страны в разные геологические эпохи. В целом же тектонических процессов, имевших место в прошлом и актуальных в настоящее время, великое множество, равно как и движущих сил. Об этом можно судить даже исходя из визуального обзора многообразия форм рельефа России. Резюмируя рассмотрение тектонических движений, присущих территории России, можно сделать некоторые выводы: во-первых, еще раз подтвердилось, что тектоника как эндогенный процесс играет решающую роль в формировании структур рельефа; во-вторых, образование тех или иных структур и их дальнейшая деформация зависят от суммарного воздействия всех окружающих факторов (и от влияющих геологических сил – от их скорости, направленности, и от состава и свойств базовой структуры – платформа или геосинклиналь залегает в основе территории, и от окружающих структур – как, например, геосинклинальные пояса, расположенные по окраинам платформ и влияющие на тектонический режим последних, и т.д.), что обусловливает дискретность композиции земной коры, как на территории России, так, впрочем, и на всем земном шаре.

Что же касается причин тектонической мобильности, то на протяжении человеческой истории появлялись и сменяли друг друга большое количество гипотез, касающихся вопроса деформации земной коры и формирования складчатых структур. Старые гипотезы опровергались последними научными данными, и вместо них приходили новые, которые через какое-то время ждала та же участь. В настоящее время признанной является гипотеза тектоники литосферных плит как наиболее соответствующая знаниям рубежа XX–XXI вв. Однако и она не отвечает на все поставленные вопросы. А это значит, что наука не будет стоять на месте.

 

 

Список литературы

 

1. Маймусов Д.Ф. «Природа России», Смоленск, 2001 г., 514 с.

«Природа России», Смоленск, 2003 г., 462 с.

2. Жарков В.Н. «Внутреннее строение Земли и планет», М., «Наука», 1983 г., 414 с.

3. Савельева Л.Е., Козаренко А.Е. «Геология», М., «Владос», 2004 г., 270 с.

4. Ботт М. «Внутреннее строение Земли», М., «Мир», 1974 г., 373 с.

5. Ажгирей Г.Д. «Общая геология», М., «Просвещение», 1974 г., 479 с.

6. Хаин Е.В. «Современная геология: проблемы и перспективы» // «Соросовский образовательный журнал», №1, 1996 г.

7. Голубчик М.М. «История географии», Смоленск, СГУ, 1998 г., 222 с.

8. «Геологический словарь в 2 томах», «Госгеолтехиздат», 1955 г.

9. Добровольский В.В. «Геология», М., «Владос», 2001 г., 320 с.

10. Короновский Н.В., Ясаманов Н.А. «Геология», М., «Академия», 2003 г., 446 с.

11. Шолпо В.Н. «Земля раскрывает свои тайны», «Недра», 1979 г., 160 с.