Рудольф Баландин
100 великих загадок географии
Круговороты литосферы
Все знают схему круговорота воды на планете. Много описаний разнообразных геохимических круговоротов. А что известно о круговоротах литосферы? Этот вопрос переносит нашу мысль за горизонт современных общепринятых теорий о жизни Земли.
В Интернете на эту тему приведено два материала. Один повторяет схему глобальной тектоники плит литосферы, где нет ничего похожего на круговороты литосферы. Другой материал – моя статья из журнала «Наука в России» (2004). Опубликовала его электронная библиотека Украины, а не РФ.
Идею круговоротов литосферы, высказанную в начале ХХ века Л. Кайё, позже почти одновременно упомянули в своих работах советские учёные – геофизик В.Ф. Бончковский и геолог Д.Г. Панов, а также американский геоморфолог Л. Кинг. Однако она так и осталась на уровне гипотезы.
Тогда же начались острые дискуссии фиксистов и мобилистов. Первые предполагают более или менее стабильное положение континентов при подъёме и погружении их отдельных частей. Вторые – мобилисты – доказывают абсолютное преобладание перемещения материков или крупных плит земной коры, в результате столкновения которых образуются горные гряды, а в процессе «расползания» разверзаются впадины океанов.
В пылу ожесточённых споров сторонники этих взглядов запамятовали о существовании концепции, дополняющей и отчасти объединяющей обе предыдущие. Таковой является идея круговоротов литосферы. Её разработка обещает стать наиболее перспективным направлением в геотектонике XXI века.
Система геохимических циклов соединяет атмосферу и природные воды с земной корой при активном участии живых организмов, аккумулирующих лучистую солнечную энергию. Такова основа учения о Биосфере – сложнейшем глобальном организме, который развивался и активно действовал миллиарды лет. Этого не учитывают сторонники глобальной тектоники плит. То же относится к их противникам – фиксистам. По застарелой традиции динамику литосферы пытаются разгадать, исходя из внутренних сил планеты, вне учения о Биосфере. Это резко ограничивает кругозор исследователей.
Как известно, глубочайшие впадины океана соседствуют с горными массивами суши или островов. Это характерно для окраин Тихого океана и прилегающих к ним участков материков, а также для островных дуг (Алеутских, Курильских, Японских, Филиппинских, Кампо и Марианских островов). Здесь действуют мощные круговороты литосферы. Менее значительные – в зонах современных растущих гор. На остальной территории происходят сопряжённые колебательные движения, направленные вверх и вниз.
Схема эволюции геоблоков.
Стрелки на рис. 1, 2 показывают зоны активной эрозии, а на рис. 3, 4 – круговороты литосферы и направления движения геоблоков. На рис. 5, 6 – зарождение рифтовой зоны. Рис. 7 и 8 – развитие одной части рифта. Рис. 9 – схема континента и передовой островной дуги. 1 – осадки, 2 – гранитоиды, 3 – базальтоиды, 4 – породы верхней мантии; а – уплотнённые, б – разуплотнённые
Отдельные геоблоки перемещаются горизонтально на десятки или даже сотни километров. Наиболее быстро движутся в сторону открытого океана островные дуги, значительно медленнее – континенты. В этом случае чаще всего круговороты литосферы затягивают под континент верхнюю часть океанической литосферы.
Схему круговорота литосферы лучше всего наблюдать на рисунке. Суть такова. Блоки земной коры, с которых снимается нагрузка, всплывают по закону изостазии. Поэтому до сих пор поднимаются территории Северной Америки и Скандинавии, на которых десятки тысяч лет назад находились великие покровные ледники.
Что происходит с геоблоком, который находится на окраине материка? Он постоянно и наиболее интенсивно разрушается, а продукты эрозии переносятся на шельф и океанический склон. В результате этот участок литосферы, заметно теряющий за многие тысячелетия свой вес, будет двигаться вверх, а тот, соседний, где накапливаются осадки, опускается под дополнительной тяжестью.
Возникает подобие транспортёра, переносящего гигантские массы вещества. Компенсировать подъём, перемещение по горизонтали (под уклон) и погружение должно движение горных пород в глубоких недрах, направленное в обратную сторону.
В отличие от работы механизма, в динамике Биосферы важную роль играют химические процессы. Уже одно только дробление увеличивает химическую активность обнажающихся на земной поверхности каменных толщ. На мелкие обломки воздействуют воздух, вода, живые организмы, солнечные лучи. Образуются минералы с повышенной внутренней энергией – геохимические аккумуляторы.
Опускаясь в земные недра, они под действием возрастающего давления и высоких температур меняются и разряжают накопленную солнечную энергию. В этом процесса участвуют вода и газы, содержащиеся в горных породах. Обретая пластичность, под давлением разогретые массы осадочных пород начинают перемещаться под континент.
Попав под вздымающийся геоблок, где давление понижено, они выделяют газ, расширяются в объёме, стремятся вырваться на поверхность по трещинам (простейшая аналогия – пенистый поток из открытой бутылки шампанского или газированной воды).
Вулканический пояс, расположенный на материках по контуру Тихого океана, – это зона поднятия, а глубоководные желоба обрамляют зону погружения круговоротов литосферы. Очаги землетрясений уходят под островные дуги или континенты, тем самым подчеркивая направление потоков пластичных каменных масс.
Согласно глобальной тектонике плит (ГТП), под материки на активных окраинах пододвигаются океанические плиты. Вопреки закону Архимеда, погружаются в верхнюю мантию. Но тогда местные вулканы должны были бы извергать преимущественно химические элементы, характерные именно для океанической литосферы, – базальты. Этого нет: газы и расплавы почти всегда соответствуют составу материковых геоблоков.
В глубоководных желобах осадки залегают спокойно. Здесь преобладают силы растяжения. Если бы океаническая плита сталкивалась с континентальным геоблоком, создавала бы область сжатия, где слои смяты в складки и раздроблены.
Только круговороты литосферы могут объяснить процессы, происходящие на активных материковых окраинах.
В горах при больших перепадах высот тоже могут действовать круговороты литосферы. Этим можно объяснить сложные структуры, возникающие в горных странах, когда многие осадочные породы «стоят торчком», вертикально вверх, или находятся в опрокинутом залегании.
…Странная сложилась ситуация в науках о Земле. Давно была высказана идея круговоротов литосферы и разработана соответствующая научная гипотеза. Против неё не было никаких возражений. Моя небольшая книга «Подвижная земная твердь», где изложена и обоснована концепция круговоротов литосферы, а также изодинамики, вышла в издательстве «Мысль» в 1976 году тиражом 87 000 экз. Другая книга – «Каменная летопись Земли» («Знание», 1983), – где также сказано о круговоротах литосферы, имела тираж 100 000 экз.
Казалось бы, с тех пор наши геоморфологи, тектонисты, геологи могли хотя бы обсудить перспективную идею. А она до сих пор остаётся вне внимания и понимания специалистов. Почему? Ничего особо сложного в ней нет. Значит, отечественные учёные предпочитают принимать без сомнений импортную модную и весьма сомнительную ГТП.
Приходится упоминать об этом, чтобы показать, как изменилась наука за последние полвека. Из-за узкой специализации учёные без должных сомнений воспринимают некоторые гипотезы, обоснованные сугубо формально и с большими пробелами. Сказывается активная популяризация этих идей. На их критический анализ не обращают внимания.
Теория круговоротов литосферы важна не только для понимания динамики Земли в теоретическом плане. Она предоставляет возможность с новых позиций разработать систему прогноза землетрясений и цунами. Все попытки использовать для этого ГТП оказались бесплодными.
Надо иметь в виду, что тектоника литосферных круговоротов не глобальная, а локальная. Она не может объяснить, например, почему континенты сгрудились вокруг впадины Северного Ледовитого океана. Было бы важно выяснить, насколько далеко под материк перемещаются с шельфа и материкового склона массы горных пород.
Круговороты литосферы остаются одним из наименее изученных феноменов нашей планеты, хотя их значение колоссальное. Так сложилось исторически: географы изучают одну часть круговоротов, а геологи не обращают на это внимания, интересуясь только земными недрами.
Синтез географии, геологии и геохимии – основа учения о Биосфере – помогает постичь многие тайны земной природы.
Подвижная земная твердь
Земная кора с обыденной точки зрения незыблема. Хотя мы знаем, что она постоянно находится в движении; на месте нынешних гор и равнин некогда были моря. Даже если мы живём на стабильном участке литосферы, он или поднимается, или опускается. Хотя и чрезвычайно медленно. Почему так происходит?
Проблема, как в случае круговоротов литосферы, до сих пор окончательно не решена. Приходится что-то домысливать или пересматривать. Если вам такое исследование покажется сложным, можете этот очерк пропустить.
Начнём с того, что в тектонике, науке о движениях литосферы, есть понятие изостазии. Оно, как следует из названия, предполагает устойчивые явления. По законам термодинамики к этому стремится любая замкнутая система. Но к Земле это не относится: она открыта космосу, солнечным лучам.
Без постоянных внешних воздействий рельеф континентов давно бы сгладился, а внутренняя активность планеты сошла бы на нет за миллиарды лет. Однако практически всюду на Земле отмечены гравитационные аномалии; они показывают либо избыток, либо дефицит масс литосферы, что соответствует опусканию или подъёму территории.
Если даже глубокие недра пассивны, то и тогда поверхность суши не останется неизменной. С возвышенностей продукты разрушения переносятся в понижения, где под давлением осадочных толщ геоблок погружается в астеносферу. Она пластична или даже текуча, и в неё опускаются более прочные массы земной коры, выдавливая её в соседний блок, с которого снимается нагрузка и который поэтому всплывает.
Астеносфера находится под большим давлением, в напряжённом состоянии. Потому она чутко реагирует на смену давления. Возникает образ подвижной земной тверди, где в сложных сочетаниях взаимодействуют вертикальные и горизонтальные силы, поверхностные и глубинные процессы. Они наиболее интенсивны в зонах с максимальными гравитационными аномалиями и круговоротами литосферы.
Выходит, изостазия – идеальное состояние. Оно постоянно нарушается. Даже странно, что до сих пор не вошло в науку понятие изодинамики. Ведь именно оно отражает реальность.
Геоблоки обладают индивидуальностью. Они поднимаются и опускаются, а также перемещаются в горизонтальном направлении, частично переплавляясь в горниле недр, наклоняются или даже переворачиваются. Всё это происходит в масштабе геологического времени.
В тектонике плит литосфера представлена схематично, как инертный покров (на схеме это пластинка). На него воздействуют только гипотетические потоки сверхплотной мантии планеты. Изодинамика геоблоков предполагает активную жизнь каменной оболочки, постоянно взаимодействующей с Биосферой и потоком солнечной энергии. При этом вовсе не исключаются процессы в ядре и мантии на глубинах более 500 км. Но главная роль отводится поверхностным реальным силам.
Глобальная деятельность человека (техногенез) способна нарушить устойчивость отдельных геоблоков при создании водохранилищ, крупных разработках месторождений нефти, газа, воды. В результате возникают техногенные землетрясения, причём в стороне от геоблока, на который оказывают воздействие (увеличивают давление или снимают нагрузку). Это служит одним из доказательств изодинамики.
Изодинамика (вверху) и её проявления в реальности:
геологические разрезы (сверху вниз) севернее Пеннинских гор (Англия); по линии Мелитополь – Липецк; через Вилюйскую синеклизу (Якутия). 1 – осадочные породы, 2 – гранитоиды, 3 – базальтоиды
Континентальная земная кора создана при активном взаимодействии Солнца, воды, воздуха, живых организмов с поверхностью суши. Этим она резко отличается от литосферы океана. В ней огромную роль играют осадочные горные породы и продукты их метаморфизма (превращений) в недрах литосферы.
Воды Мирового океана реагируют на солнечное излучение: нагреваясь и испаряясь. Они изолируют дно океана от солнечной энергии. Поэтому там отсутствует гранитная толща, а слой осадочных пород тонок. К тому же он периодически перерабатывается, попадая в круговороты литосферы.
А что происходит за пределами этих круговоротов? Казалось бы, там движения земной коры должны затухать. Однако и в отдалении от океанов растут горы, извергаются вулканы, сотрясается земля, и даже в геологически спокойных регионах идут медленные колебания земной коры.
Так мы подошли к вопросу, который плохо разработан в науках о Земле. Изостазия не объясняет, что же происходит с блоками земной коры в результате действия внешних сил? Ведь за многие тысячи лет огромные массы твёрдого вещества переносятся с возвышенных участков территорий, прежде всего с гор, в понижения или на окраину материка.
Крупные прогибы называются геосинклиналями (от греческого слова «синклино», означающего «наклоняюсь»). Основы учения о геосинклиналях заложили американские геологи Дж. Холл и Дж. Дэна. Её активно разрабатывали европейские учёные, в частности советские.
Учение о геосинклиналях сложное, и мы не станем в него углубляться. Упомянем немецкого геолога Г.В. Штилле. Он справедливо отметил, что одним прогибом земной коры нельзя объяснить большую мощность осадков в геосинклиналях. Надо иметь в виду территорию, откуда переносится этот материал.
Значит, если устойчиво прогибается один участок, должен существовать рядом устойчиво поднимающийся другой участок. Опускание должно компенсироваться поднятием. Это два сопряжённых процесса. Они происходят по окраинам стабильных территорий (платформ).
На платформах земная кора медленно разрушается, утончается и, в общем, стремится к равновесию. Хотя и сюда могут доходить отголоски бурной жизни окраин. Сказываются космические влияния, ротационные силы вращения Земли и другие факторы.
Разнонаправленные вертикальные силы, действующие на литосферу, могут её расколоть. На поверхность выльется магма или возникнут крупные впадины, заполненные морскими или озёрными водами.
Такие структуры растяжения на Земле известны: рифтовые зоны в Атлантике, в Европе (Прирейнская область), в Азии (Байкал), в Африке (Великие Африканские разломы, Красное море). Одни рифты древние, заполненные осадками, другие современные, активные, продолжают раздвигаться.
…Выветривание, дробление, переработка, перенос вещества сопровождаются возрастанием его химической активности, накоплением энергии. Осадки, погружаясь, обезвоживаются и уплотняются, объёмный вес их возрастает. С увеличением глубины погружения осадков растут температура и давление.
Геохимические аккумуляторы, о которых у нас уже была речь, разряжают в глубинах земной коры свою энергию. Там происходят химические и физические преобразования пород, связанные, в частности, с выносом летучих и легко растворимых компонентов, а также органического вещества. Поэтому на определённых глубинах формируются месторождения природных газов, нефти, минеральных вод.
До сих пор в тектонике учитывают главным образом энергию радиоактивного распада. Но она, так же как энергия земного ядра, должна уменьшаться за миллиарды лет. А земная кора и живые организмы, как давно уже доказано, ускоренно развивались, обогащаясь энергией и усложняясь. Литосфера со временем не успокаивалась, а становилась всё активней. Это можно объяснить только постоянным притоком солнечной энергии, питающей Биосферу, и деятельностью живых организмов, геохимических аккумуляторов.
Энергия Солнца поступает в недра литосферы и во многом определяет её активность. Одни геоблоки поднимаются, тогда как другие, сопряжённые с ними, опускаются. Повсюду в литосфере наблюдается устойчивая нестабильность – изодинамика.
Она проявляется во всех случаях, когда соседние блоки литосферы имеют разную высоту и с одного на другой переносятся осадки. Эти движения будут затухать после нескольких циклов колебаний, подобных колебаниям чашек весов, выведенных из равновесия. Но внутренние и внешние силы – не только вертикальные, но и горизонтальные, и круговые – не дают земной коре застыть на месте.
«Наблюдения показывают, – пишет геолог И.А. Одесский, – что с течением времени знак вертикальных движений земной поверхности меняется на противоположный… Следовательно, вертикальные движения земной коры благодаря смене знака могут быть одновременно названы и колебательными».
Причину волновых движений земной коры он видит в космических воздействиях на нашу планету, в соответствии с идеями, развиваемыми сторонниками астрогеологии (Б.Л. Личковым, Д.В. Наливкиным, Г.Ф. Лунгерсгаузеном и др.).
Взглянем на волновые движения земной коры с позиций изодинамики геоблоков. После, допустим, космического воздействия начинаются медленные, идущие миллионы лет колебания литосферы. На платформах они со временем затухают. Возвышенность разрушается, впадина (морское дно) заполняется осадками, рельеф двух сопряжённых блоков нивелируется. Для изодинамики не остаётся главной движущей силы – перепада высот. Но к этому времени строение двух этих геоблоков будет разное. В том, который поднимался, будут преобладать породы, прошедшие путь подземных превращений, прежде всего уплотнения, перекристаллизации, дегазации и обезвоживания. У них будет более высокий удельный вес, чем у геоблока с менее плотными осадками. Погружавшийся блок будет легче поднимавшегося геоблока.
Возникает изостатическая аномалия, вызванная неравенством веса. Блоки земной коры вновь придут в движение. Опускавшийся более лёгкий станет всплывать, а поднимавшийся – опускаться. Возникший перепад высот вновь послужит как бы пружиной, пустившей в работу машину геосфер.
Изодинамикой объясняются многочисленные гравитационные аномалии, обнаруживаемые геофизиками практически везде на Земле. Для этой модели состояние равновесия – переходное, нехарактерное, осуществляемое лишь в тот момент, когда оба блока имеют одинаковый вес. Работа системы геосфер неизбежно нарушает это состояние.
Другое следствие изодинамики геоблоков – преобладание на платформах отрицательных движений. Это области преимущественного опускания, которое компенсирует общее поднятие геосинклинальных геоблоков, где воздымаются горы. Поэтому для платформ характерны мощные осадочные толщи, крупные впадины с отрицательными абсолютными отметками (в Прикаспии, на Мангышлаке до −132 м, в Синьцзяне до −141 м), моря и крупные озёра.
Итак, геоблоки, которые разрушаются и становятся легче, должны всплывать, а на которые ложится груз осадочных горных пород – опускаться. Изостазия неизбежно переходит в изодинамику. Она не напоминает колебание весов, выведенных из равновесия. Геоблоки совершают сложные движения в зависимости от конкретных условий; могут заваливаться на бок, поворачиваться… Тем и сложны проблемы земной природы: каждый более или менее крупный регион индивидуален. Одними общими соображениями обойтись невозможно.
Как растут горы?
Обратимся за ответом в Интернет. Википедия: «Горообразование… геологический процесс формирования горных сооружений под влиянием интенсивных восходящих тектонических движений, скорость которых превышает скорость процессов, ведущих к выравниванию поверхности Земли (денудации, сброса). Процессы горообразования неоднократно происходили на протяжении геологической истории в заключительной фазе развития геосинклиналей (молодые горы), нередко распространяясь и на платформы (возрождённые горы). Горообразование связано с тектоникой литосферных плит…»
Загадочное объяснение. Надо было бы сказать, как связано с ГТП горообразование. Теория геосинклиналей в этом отношении противоречит глобальной тектонике плит.
Можно предположить, что имеется в виду разное происхождение гор. В одних регионах на месте нынешних гор были глубокие прогибы с огромными массами осадочных пород, а потом вздыбились горы. В других регионах сталкивались гигантские каменные глыбы, образуя нечто похожее на торосы – нагромождения льдов при столкновении ледяных полей в Северном Ледовитом океане.
Об этом писал, как мы знаем, океанолог Менард. По его мнению, при столкновении двух плит они в передовых частях сминаются в гармошку, образуя складки. Так вроде бы образуются горные поднятия и их «корни», уходящие в глубину астеносферы. Но астеносфера плотней земной коры, и предполагаемое им «вспучивание» горного массива должно идти почти полностью вверх, в область наименьшего давления, как это бывает с ледяными торосами.
Горные системы вовсе не похожи на «вспученные» каменные массивы. У них чередуются высокие гряды с глубокими провалами, зоны сжатия – с зонами растяжения. Например, с обеих сторон Апеннинской горной гряды, вытянутой вдоль «итальянского сапога», находятся глубокие понижения Адриатического и Тирренского морей. Кавказские горы находятся между Чёрным и Каспийским морями, горы полуострова Камчатка – между Охотским и Беринговым морями…
Как видно на схеме, по мере поднятия Главного Кавказского хребта здесь обнажились наиболее древние породы, и никакие плиты не сталкивались
Структура горных систем никак не напоминает ледяные торосы или результат вспучивания и фронтального смятия. Это не хаос нагромождения раздробленных обломков каменных плит, а вполне закономерные структуры. Огромное количество складчатых форм.
Хорошо выраженные складки скальных и полускальных горных пород возможны только при высоких температурах и под мощным давлением. Но плиты должны были бы сдвигаться «лоб в лоб», образуя бесформенные нагромождения скальных пород.
В горах, как известно, высокие гряды чередуются с глубокими провалами и долинами. Здесь не отмечается абсолютное преобладание сил сжатия. Там происходят преимущественно вертикальные движения, осложнённые горизонтальными сдвигами и надвигами.
Например, долина Дуная разделяет Альпы и Карпаты; долина Куры – Большой Кавказ и Малый Кавказ; за грядой высочайших вершин Гималаев находятся долины рек Инда и Брахмапутры.
Надо иметь в виду не только современное состояние земной поверхности, но ещё и историю. С позиции тектоники плит совершенно непонятно, почему до того, как вздыбилась горная система, на этом месте образовался глубокий прогиб? Здесь была зона растяжения, а не сдвигались плиты!
Мы знаем, почему не разрушаются и не поглощаются Мировым океаном материки, почему сохраняются глубоководные желоба. Круговороты литосферы постоянно возвращают разрушенный материал опять под континентальную кору. Она подворачивается на краю, накатываясь на океаническую кору и подминая её под себя.
На физико-географической карте мира видно, что по всей окружности Тихого океана сначала расположены – вблизи материков и островных дуг – понижения, глубоководные желоба, за ними – склон материка и обширные отмели (область накопления осадков, вынесенных с суши), затем горные гряды с многочисленными вулканами. Всё получается точно так, как предполагает принцип круговоротов литосферы.
В глубоководных желобах земная кора растягивается. Значит, здесь не подползают одна на другую плиты литосферы (тогда была бы область сильнейшего сжатия), а действуют круговороты каменного вещества, из-за которых прогибается океаническая кора и частично увлекается под континент.
Теперь нетрудно догадаться, почему многие горные гряды продолжают расти миллионами лет, в то же время постоянно разрушаясь. Здесь тоже могут действовать каменные круговороты. Разрушенный материал накапливается в предгорных и межгорных котловинах. Горы растут. Поэтому обычно в центральных частях горных массивов выступают на поверхность наиболее древние породы. Их обнажило постоянное поднятие, когда выше лежавшие толщи были срезаны эрозией.
Крупные вздымания и опускания земной поверхности, образование гор и впадин совершенно естественно можно объяснить вертикальными движениями земной коры. Конечно, они происходят значительно сложней, чем показано на схеме, но принцип остаётся тот же: действие круговоротов литосферы.
Выходит, нет никакой необходимости в перемещении материков по горизонтали? Некоторые геологи так и считают. Но они, пожалуй, ошибаются.
…Географы отметили: горы тяготеют преимущественно к 35-м и 65-м параллелям. Моряки знают о «ревущих сороковых» и шестидесятых широтах. Следовательно, все три геосферы (атмо-, гидро- и литосфера) испытывают общие возмущения.
Геоморфолог Б.Л. Личков и кристаллограф И.И. Шафрановский показали, что кристаллы под внешним воздействием деформируются тоже в соответствии с «критическими широтами». Они отметили критические параллели (35°) у Солнца, к которым тяготеют солнечные пятна. Г.Н. Каттерфельд математически обосновал существование критических широт и связал их с вращением Земли.
«Выводы нашей тектонической теории, – писал Личков, – о создании гор вследствие взаимодействия оболочек Земли можно понять так, что поднятие гор есть резонанс приливного воздействия на литосферу гидросферы и атмосферы. Этот резонанс можно понять как своего рода поднимающуюся приливную волну литосферы, возникающую вследствие воздействия на неё остальных оболочек. С представлением о приливном поднятии литосферы согласуется вертикальный характер возникающих при этом поднятий».
Эта всего лишь гипотеза. Её трудно опровергнуть, но не менее трудно доказать. Более очевидно, что в отдельных зонах система геосфер действует особенно активно: на контактах континентальных и океанических плит; на участках интенсивной морской эрозии из-за наибольшего проявления приливных сил или океанических течений; там, где крупные реки выносят и откладывают много осадков.
Система взаимодействующих геосфер, изодинамика и круговороты литосферы определяют обмен веществ в Биосфере. Там, где эти процессы наиболее активны, образуются глубокие прогибы земной коры и вздымаются горы.
