Рудольф Баландин
100 великих загадок географии
Загадки континентов
Случайно на ноже карманном
Найди пылинку дальних стран —
И мир опять предстанет странным,
Закутанным в цветной туман.
Александр Блок
Почему материки клиновидны?
Форма почти всех континентов и крупнейшего острова Гренландия клиновидна (Южная и Северная Америка, Азия, Африка). Сужения направлены к Южному полюсу. Что бы это значило?
В Интернете (Студопедия) можно найти такое объяснение: «Причина заключается в нарастании океаничности к югу и нисходящих движений в экваториальной плоскости земного эллипсоида литосферы».
Мне трудно это понять. Странный набор слов. В Южном полушарии преобладают океаны, а в Северном – суша, это очевидно. Но при чём тут клиновидность материков? Именно это надо объяснить. Что за «нисходящие движения в экваториальной плоскости земного эллипсоида литосферы»? По-видимому, речь идёт о каких-то нисходящих движениях литосферы. Но почему только в районе экватора? И вновь нет никакого объяснения клиновидности материков. На этом примере убеждаешься, как можно, употребляя научные термины, давать объяснения, ничего не объясняя.
Вообще-то о нисходящих и восходящих движениях литосферы в связи с географическими гомологиями (от греческого слова, означающего «соответствие, согласованность») писал советский географ академик С.В. Калесник: «В Северном полушарии материки выклиниваются к югу потому, что на меридиональные материковые поднятия накладываются вековые зональные опускания экваториального пояса (из-за общего векового уменьшения полярного сжатия Земли). Выклинивание континентов в южном направлении вызвано большей скоростью его объёмного сжатия по сравнению с Северным полушарием».
«Звезда континентов»
По-видимому, он имел в виду воздействие на Землю главным образом космических и ротационных сил, а также возможность круговоротов мантийного вещества. Конечно, силы инерции (ротационные) при гравитационном воздействии Луны и Солнца способны влиять на смещение отдельных частей литосферы. Только непонятно, как из-за этого возникнет клиновидная форма материков.
Ответ на эту загадку может подсказать другая географическая гомология: сходство восточного побережья Гренландии и обеих Америк с западным – Европы и Африки. Как будто они некогда были сомкнуты вместе, а затем разошлись в разные стороны.
Мысль эта была высказана впервые несколько веков назад, но научное обоснование (не без сопутствующих проблем и сомнений) получила в начале прошлого века. Предполагается, что все материки более ста миллионов лет назад составляли единое целое. Они раскололись, а осколки разъехались в разные стороны.
По одной из гипотез, восточная часть Азии завершалась к югу клиновидным полуостровом Индокитай, переходящим в Зондские острова. Другой клин – полуостров Индостан – откололся чуть позже от массива Антарктиды и проделал путь через Индийский океан, после чего примкнул к Азии.
Итак, обе Америки, Африка, Индостан клиновидны, потому что они осколки единого континента,
На вопрос о причине раскола сверхконтинента и о силах, которые сдвигают материки, высказаны только более или менее правдоподобные гипотезы. Получается так, что наиболее вероятное предположение о форме континентов остаётся проблематичным.
Другая географическая загадка: если мысленно пересекать Землю прямыми линиями через центр, в подавляющем большинстве случаев напротив суши будет море. Континенты – антиподы океанов.
Академик С.В. Калесник привёл эти две закономерности фигуры Земли. Ещё одна: «Все материки, кроме Антарктиды, группируются попарно: Северная Америка с Южной, Европа с Африкой, Азия с Австралией. Каждая пара образует “континентальный луч”, и все лучи сходятся к северному полярному пространству, образуя в совокупности “континентальную звезду”».
По-видимому, распределение материков и океанов в геологической истории было изменчиво и неповторимо. Но сохранялось устойчивое нарушение симметрии – противостояние континентов и океанов.
В начале юрского периода было два континента – Евразия и остальные материки, тогда ещё слитые воедино. Из них первый сохранял стабильность, а второй раскололся так, словно будущую Африку и Индостан притягивала Евразия. Северная Америка с Гренландией почему-то отодвинулась от Евразии в сторону океана, и то же самое, но более активно проделала Южная Америка. Так возникла «континентальная звезда».
Чем это объяснить? Убедительного ответа нет. Нам ещё предстоит обдумать вопрос – куда плывут материки?
Почему земные горы ниже марсианских?
На Венере относительная «шероховатость» поверхности значительно больше: тамошние горы достигают двенадцатикилометровой высоты (на Земле, как известно, они не достигают 9 км над уровнем моря). Ещё внушительнее марсианские горы: Арсия – 19 км, Олимп – 26 км.
На первый взгляд такая закономерность может показаться странной. Земля крупнее Венеры и значительно больше Марса.
(В таблице объём, масса и сила тяжести даны по отношению к земным показателям, принятым за единицу.)
В относительных единицах предельные высоты гор на этих планетах: 1,00:1,36:2,95; сила тяжести; 1,00:0,88:0,38. Соответственно перемножив эти показатели, получим: 1,00:1,19:1,12. Обратная пропорциональность выдерживается с немалой точностью. Почему?
Сила тяжести стремится сгладить рельеф. Из-за неё горы должны растекаться у своего основания на некоторой глубине. Модель этого – снежный столб. Если его наращивать, удерживая в вертикальном положении, он раздавится в основании от собственной тяжести. Так же растекается снизу за долгий срок высокая стальная колонна.
Другой пример: ледники на приполярных равнинах (Антарктида, Гренландия). Кристаллическое твёрдое вещество – лёд, – накапливаясь, начинает течь у подошвы, подобно кому теста. Ледниковые «горы» на равнинах не могут превысить 3 км. Лёд примерно втрое менее плотен, чем скальные горные породы, поэтому ледяные высочайшие горы примерно втрое ниже скальных гор.
Кристаллическое вещество подошвы горы становится пластичным на больших глубинах. Высокое давление недр при повышенной температуре деформирует кристаллические решётки минералов. Каменные массы растекаются, как пластилиновые.
Такие рассуждения о силе тяжести и высоте гор годятся для Земли, Венеры и Марса. Как видно из таблицы, горы на Луне и Меркурии невысоки при малой массе и силе тяжести этих планет. Если продолжить наши предыдущие расчёты, вышло бы, что лунные горы должны превышать 50 км!
Почему же закономерность, характерная для одних планет, не распространяется на другие?
Меркурий и Луна геологически пассивны. Это каменные шары, вылепленные силой гравитации и обработанные с поверхности метеоритами. На этих небесных телах могли бы вырасти огромные горы, да только здесь горы вообще не растут: геологические условия не позволяют.
При небольшой массе планеты происходит качественный скачок, отсутствуют условия для активного вулканизма (на Венере и Марсе крупнейшие горы – вулканы). Уменьшение это невелико: менее чем на 3 % для силы тяжести. Почему же поверхность и недра этих небольших планет не проявляют признаков жизни?
Когда масса мала и слаба сила притяжения, они не могут удержать газы, которые выделяют их каменная плоть. На расположенном близко к Солнцу Меркурии температура освещённой поверхности превышает +400 °C, а теневой падает до –180 °C.
Луна находится сравнительно далеко от Солнца, поэтому её освещённая сторона в 2,5 раза «прохладнее», чем на Меркурии, а теневая холодней. В остальном она такая же мёртвая планета. Некоторые учёные считали, что часть её кратеров имеет вулканическое происхождение. Они рассуждали логично: все лунные кратеры круглые, а при боковых ударах метеоритов и астероидов должны вроде бы оставаться воронки в виде эллипсов.
Однако было доказано теоретически, что форма воронки не зависит от угла падения метеорита (так бывает, по-видимому, и с воронками от артиллерийских снарядов), потому что при ударе они взрываются и осколки летят в разные стороны.
Остаётся другой вопрос: почему на Луне нет вулканов, хотя её строение напоминает Землю: кора, мантия, жидкое ядро?
Нечто подобное земному вулкану могло бы быть на Луне. При падении на неё крупного астероида, в этом месте после сильного сжатия возникнет зона растяжения, каменные массы, находящиеся на большой глубине, могут расплавиться и выплеснуться на поверхность. Возможно, так образовались тёмные пятна лунных «морей».
Сравнительные высоты Альп (внизу), Гималаев и горы Олимп на Марсе
Возникает сомнение: в результате удара может произойти только кратковременный выброс расплавленных масс. А лунные «моря» занимают обширные пространства. Можно предположить падение группы астероидов, что маловероятно.
Скорее всего, сказалась значительная продолжительность лунотрясений, в отличие от земных быстро затухающих подземных ударов. Сильные долгие сотрясения разогретых масс горных пород приводили их в текучее состояние, и они изливались по трещинам, возникшим от удара.
В любом случае на Луне не возникнет вулкан в виде огнедышащей горы: в её коре и мантии слишком мало воды и газов. За миллиарды лет она отдала их в космическое пространство.
Даже разреженной атмосферы типа марсианской сравнительно небольшая масса Луны не может удержать. На ней никогда не было системы геосфер – взаимодействующих воздушной, водной и каменной оболочек. Как писал поэт Максимилиан Волошин:
И страшный шрам на кряже Лунных Альп
Оставила небесная секира.
Ты, как Земля, с которой сорван скальп —
Лик Ужаса в бесстрастности эфира!
Самый высокий материк
Какой материк самый высокий? Антарктида. Почему?
В поисках ответов на подобные географические загадки приходится углубляться в проблемы, которые считаются геологическими. Разделение наук о Земле на эти две части произошло по мере развития знаний о Земле.
Сначала её изучали, можно сказать, поверхностно, описательно, что и дало название науки. О причинах формы и динамики земной поверхности, а тем более о глубоких недрах строили более или менее фантастические догадки. Научные основы геологии были заложены в конце Средних веков, когда мыслители стали избавляться от авторитета религиозных преданий.
Поначалу геологи изучали только минералы, горные породы, строение земной коры, историю планеты. А географы в основном скользили взглядом по земной поверхности, изучали атмосферу, Мировой океан, поверхностные воды. Со временем выяснилось, что необходимо соединять свои усилия в познании Земли. Она – особенное космическое тело, в котором внешние и внутренние процессы взаимосвязаны. Это относится прежде всего к Биосфере и её истории.
Ледяной покров Антарктиды
Надо иметь в виду комплекс наук о Земле. Без этого невозможно объяснить устойчивое существование таких разных объектов, как континенты и океаны. Непонятно будет, почему самые глубокие участки океанов находятся вблизи континентов, почему существует огненное кольцо вулканов вокруг Тихого океана.
Вот ещё географический вопрос: почему средняя высота Антарктиды (2040 м) в 2,45 раза превышает среднюю высоту Евразии?
На первый взгляд это выглядит странно. Евразия в четыре раза обширнее Антарктиды. По математической теории вероятности, именно здесь больше шансов встретить более высокие горы.
Такие простые соображения не оправдываются. Ведь в данном случае речь идёт не о хаотичных, «случайных» процессах, а о закономерных.
Сказывается принципа изостазии. Слово это по-гречески означает «равновесие». Оно служит для обозначения одной важной закономерности в строении литосферы и в понимании особенностей земной поверхности и её изменений.
Сейсмологи, «просвечивая» земные недра, выяснили: толщина земной коры под океанами – наименьшая, а под горами – наибольшая. Почему?
Английский геодезист Д. Эри предположил, что земная кора плавает на более вязкой или даже текучей астеносфере примерно так же, как айсберги в море. Чем выше айсберг над водой, тем глубже он погружён; его подводная часть примерно в 8 раз больше надводной.
Глыбы континентальной земной коры, которые легче астеносферы, погружены в неё в соответствии с той же пропорцией (интересное совпадение). Всего лишь восьмая часть этих глыб возвышается над уровнем моря.
В Гималаях, где наивысшая вершина подходит к 9 км, земная кора погружена до глубины 80–85 км. Такие или немногим меньшие глубины характерны для геосинклиналей, где активно идут процессы накопления осадков, а затем горообразования. На сравнительно инертных платформах земная кора в 2–3 раза тоньше.
Это и есть изостазия. Отдельные участки земной коры (их называют блоками, глыбами) уравновешены, согласно закону Архимеда, как всякие тела, плавающие в жидкости или погружённые в пластичную массу.
Земная кора материков не похожа на часть единой плиты. Она резко отличается от океанической литосферы и вдобавок состоит из отдельных глыб, которые подчиняются закону изостазии.
Другая закономерность: на Земле общая масса воды соответствует весу суши выше уровня океана. Площадь суши относится к площади океана (29,2 к 70,8 %, т. е. 1: 2,4), обратно пропорциональна отношению объёмного веса горных пород верхов земной коры (2,4) и воды (1). На глобальной «чаше весов» масса океана уравновешивает надводную часть континента. Это подтверждает идею изостатического равновесия блоков и глыб земной коры.
Вернёмся к нашему вопросу. Ответ на него, с учётом изостазии, прост. Над уровнем моря в Антарктиде находятся почти исключительно ледяные, а в Евразии – каменные массы, которые примерно в 2,45 раза тяжелее льда.
Антарктида «пригружена» более лёгким материалом (льдом), чем все другие континенты. Поэтому и возвышается она больше, чем они, «мельче плавает» на астеносфере.
Возникает другой вопрос: почему Антарктида ограничена такой высотой, а не поднялась ещё выше? Ведь снег на ней накапливается из года в год и не тает из-за постоянного холода. Испаряется только малая его часть.
За год на поверхность этого пустынного материка выпадает совсем немного осадков, в среднем около 20 см. Но ведь антарктическая ледяная шапка существует не менее 5 миллионолетий. За этот срок должно накопиться 20 × 5 000 000 = 100 000 000 см снега!
Предположим, в результате уплотнения, таяния эта величина сократилась на десятую часть. В результате получится… 100 км! Именно здесь, на Антарктиде, должны возвышаться самые грандиозные горы не только Земли, но и всей Солнечной системы! Куда же делась такая неимоверная масса льда?
Догадаться нетрудно. Ледяная толща растекается под собственной тяжестью. Ледники сползают в океан, порождая айсберги, а то и целые плавучие ледяные острова. В 2000 году от шельфового ледника Росса оторвался «плавучий остров» площадью 10 000 км2.
По этой причине точные размеры Антарктиды установить невозможно. Они меняются в зависимости от поведения шельфовых ледников.
Почему континенты не канули в океан?
Этот вопрос на первый взгляд кажется нелепым – мол, так устроена земная поверхность: впадины океанов, а между ними поднятия континентов. Сложены континенты преимущественно из сравнительно лёгких каменных масс, поэтому они возвышаются над уровнем Мирового океана.
Такой ответ совершенно неубедителен. Ведь со временем лик Земли меняется. Под действием сил эрозии возвышенности разрушаются, впадины заполняются этими осадками. Но рельеф суши не выравнивается, а материки сохраняются миллиарды лет.
С Антарктидой понятно. С неё сползают ледники, в то же время постоянно, хотя и понемногу на неё падает снег. Меньше осадков – дольше задержатся ледники. Только потепление может лишить её ледяной шапки.
С другими материками ситуация иная. Они находятся под постоянным воздействием ветра, воды, солнечной энергии, живых организмов. А теперь ещё и техники. Поверхность суши постоянно разрушается. С возвышенностей обломки скатываются или сползают в ложбины, выносятся ледниками и потоками воды в долины. Реки несут огромные массы вещества в моря и океаны. Постоянно разрушаются берега рек, морей.
Как пишут американские геологи Дж. Ферхуген и другие в книге «Земля», «нет несомненных доказательств, что общая площадь континентов росла со временем, хотя кажется вероятным, что объём их увеличивался. Поступление материала из мантии в результате вулканической деятельности и интрузий, видимо, превышало его потери от эрозии и сноса с континентов в глубоководные области».
Это предположение не подтверждается. Из мантии материал поступает больше на дно океанов, чем на континенты, где преобладают внедрения или излияния магм, не характерных для больших глубин. Да и почему бы оттуда материал поступал только на материки?
Столь сомнительная версия свидетельствует о том, что у авторов не было правдоподобного ответа на вопрос, но сознаться в этом они не хотели. По традиции они сослались на глубинные силы планеты, тогда как следовало иметь в виду процессы, идущие на её поверхности.
По подсчётам географов, за 10 000 лет обобщённая поверхность суши в результате действия эрозии понижается на 1 м, а береговая линия отступает на 10 м. Если соотнести приведённые цифры с геологическими масштабами времени, то получится: за 7–8 миллионов лет материки будут срезаны полностью и окажутся под водой. И это не предположение, а вывод на основе фактов.
Согласно расчетам академика А.Б. Ронова с соавторами, с начала девонского периода и до конца юрского (приблизительно за 250 миллионов лет) с континентов было снесено 194 миллионов км3 осадков. Это более чем вдвое превышает объём надводной части суши. Значит, уже давным-давно вся земная поверхность должна была бы превратиться в сплошную акваторию океана. Почему ничего подобного не произошло?
Не менее удивительная картина получается, если учесть количество осадочных горных пород. Общий годовой снос твёрдого и растворённого вещества с континентов порядка 20 миллиардов тонн, а зона аккумуляции составляет 1 миллион км2. Следовательно, в среднем накапливается 2 кг на 1 м2 в год, или слой в 1 мм. Поскольку процесс продолжается необычайно долго, то за 1 миллион лет образуется толща мощностью 1 км, за 600 миллионов – 600 км. Неправдоподобная величина!
Средняя высота крупнейшего материка Евразия над уровнем моря 830 м. Остаётся сделать простой подсчёт, чтобы определить, когда весь этот крупнейший материк должен быть срезан по самое основание. Если за 10 тысячелетий он снижается на 1 м, то на 830 м он будет срезан «всего» за 8,3 миллионолетия! А с учётом разрушения морского побережья – и того быстрей. Для геологической истории срок чрезвычайно короткий.
Все остальные материки (кроме Антарктиды), а также острова тоже будут поглощены Мировым океаном. Однако нет никаких сомнений, что не менее 2–3 миллиардов лет на нашей планете существовали острова и континенты. Пожалуй, со временем они даже увеличивались в размерах.
Круговорот земной коры по Л. Кайё
Гипотеза (теория) плит литосферы только запутывает этот вопрос. Плита с глыбой континента остаётся плитой, но только с осложнённым рельефом. Внешние силы должны сгладить этот рельеф.
Предполагается, что одна плита «подныривает» под другую. От этого они не станут более устойчивыми к внешним воздействиям. Более того, в этом случае плиты должны со временем становиться сходными по составу и всё более пологими. Но, как показывают материалы палеогеографии, горы на Земле не становились со временем ниже, а глыбы материков всё резче отличались от плит океанов.
Казалось бы, судьба континентов должна повторять судьбу айсбергов. По мере разрушения и те и другие становятся легче, всплывают и постепенно одни растворяются в океане, другие остаются на его дне.
Горные системы на суше существуют многие миллионы лет и порой продолжают расти. А они должны были бы разрушиться в первую очередь. Тем более что их окаймляют впадины морей или предгорные прогибы. Почему же горы сохраняются, и не только там, где предполагается столкновение геоплит, а на многих территориях? Наконец, почему на материках земная кора очень сложно устроена, тогда как под океанами она несравненно примитивней?
Так уж получается, что, пытаясь ответить на сложный вопрос, сталкиваешься с несколькими новыми, а чтобы понять рельеф земной поверхности, надо углубиться в недра планеты.
Сопоставляя обобщенные данные по эрозии и отложениям, неизбежно приходишь к выводу, сформулированному французским геологом Л. Кайё: «Вещество следует по замкнутому кругообороту: размыв на материках – перенос – осадконакопление на дне океанов и у побережья – «перестройка» осадков в кору – новый размыв на материках».
За геологическую историю такой процесс должен был многократно переработать каменную плоть континентов. Массы вещества, которые выносятся с территории суши в океан, не растекаются по его дну, а накапливаются по окраинам континентов. Этим объясняется их необычайная устойчивость и парадоксально большое количество смытого с них и накопленного материала.
А что происходит с осадками, которые скапливаются у края континентов? Что означает их «перестройка» в кору и как она происходит? Этот простой, корректный и перспективный вопрос не заинтересовал специалистов. Они удовлетворились глобальной тектоникой плит, которая его не учитывает.
Способность не замечать трудных вопросов позволяет сохранять устаревшие или сомнительные теории. Это большая беда современной теоретической науки. Более полувека назад была высказана идея существования круговоротов минерального вещества. Она так и осталась неразработанной. Её заглушила шумная реклама плитотектоники.
Чтобы перейти от идеи к научной гипотезе, а затем и теории, следует на конкретных фактах показать возможность замкнутого (частично) кругооборота вещества земной коры. Так мы вступаем в неисследованную область наук о Земле.
