Остывающая и сжимающаяся Земля

 

В середине XIX в. гравиметрические исследования показали, что притяжение со стороны Гималаев много меньше того значения, которое следовало бы ожидать при их огромной массе. Вскоре стало общепризнанным, что это, по-видимому, объясняется проникновением более легких пород горного массива на глубину в подстилающие слои земной коры. Дж. Б. Эйри высказал предположение, что ниже твердой земной коры находится слой материала, ведущего себя в условиях длительного времени как жидкость, но в то же время более плотного, чем твердая часть коры, которая по сути дела плавает на нем.

Если кора в каких-то местах утолщается, что, по-видимому, наблюдается в горных районах, то ее основание должно погружаться в нижележащий материал до тех пор, пока масса горного сооружения не уравновесится гидростатической выталкивающей силой этого материала. И наоборот, под морфологически выраженными депрессиями, такими, как океанические впадины, должны находиться выступы более плотного глубинного материала, подстилающего сильно утоненную здесь кору. Когда кора становится тоньше в результате эрозии или, напротив, утолщается при накоплении осадков, в действие вступает механизм компенсационного поднятия либо опускания, компенсирующего соответственно уменьшение или увеличение нагрузки.

Принцип изостазии, одновременно с представлением о базальтовом составе океанической коры, был использован в 1873 г. в более обшей модели Земли, разработанной известным американским геологом Дж. Дэна (1813—1895). В основе ее лежала популярная в те годы идея о сжимающейся Земле, которая первоначально была расплавлена, а затем шел процесс ее остывания и затвердевания².

По мысли Дэна, на начальной стадии остывания крупные участки земной поверхности имели гранитный состав, тогда как на других участках была развита базальтовая кора. Последняя должна была реагировать на условия сжатия (контракции), что приводило к возникновению в ней тангенциальных сил сжатия. Благодаря разнице в высотных отметках, на которых располагалась базальтовая кора в океанических депрессиях и на континентальных плато, базальтовая кора депрессий активно воздействовала на гранитную кору. Тангенциальное давление было, следовательно, направлено от океанических впадин в сторону континентальных плато.

На ранней стадии такое давление вызывало общее изгибание и коробление плато, приводя к образованию широких валов, воздымающихся над уровнем моря, и таких же широких впадин. Затем начинались эрозия, снос материала с приподнятых участков и его. отложение с формированием осадочных пород во впадинах. При этом начинала действовать изостатическая компенсация (этим термином было названо вертикальное движение участка земной коры в ответ на увеличение или уменьшение нагрузки в связи с размывом или осадконакоплением), сочетавшаяся с продолжавшимся боковым сжатием. При погружении на еще бóльшую глубину осадочные породы впадин попадали в область высоких температур, под действием которых размягчались или даже плавились. Боковое давление в таких ослабленных зонах могло приводить к интенсивному смятию пород, образованию разрывов и формированию горных складчатых поясов. (Это и было зарождением геосинклинальной концепции, в связи с которой Дэна больше всего известен в настоящее время.)

Рассматриваемая модель объясняла, таким образом, образование континентов и океанических впадин, а внутри континентов — разницу между складчатыми горными системами, равнинами и континентальным шельфом. С наибольшим успехом она была применена к Северной Америке, важнейшие горные хребты которой вытянуты вдоль побережий Тихого и Атлантического океанов.

Другая, сравнимая с описанной модель была создана австрийским геологом Эдуардом Зюссом (1831—1914) и изложена в его многотомном труде Das Antlitz der Erde («Лик Земли»), опубликованном незадолго до конца девятнадцатого столетия³. В ходе прогрессировавшего затвердевания из состояния первоначально расплавленной массы и контракции более легкий материал поднимался вверх к поверхности, вызывая образование гранитоидных изверженных и метаморфических пород, ассоциирующихся с породами осадочного происхождения. Все вместе они получили название sal (позднее трансформированное в sial) благодаря относительно высокому содержанию в них силикатов алюминия, а также натрия и калия. Подстилающие сиаль более плотные породы, если не идентичные, то сходные с базальтом, габбро и перидотитом, обогащенные силикатами железа, кальция и магния, были названы sima.

Горные хребты возникали в результате контракции — подобно тому, как образуются складки па сморщенном, ссохшемся яблоке. В более крупном масштабе повсеместное сжатие на сфере заставляет определенные секторы на поверхности Земли обрушиться и погрузиться, благодаря чему образуются океаны, тогда как континенты остаются в приподнятом положении в виде устойчивых блоков или «горстов». В свою очередь отдельные области в пределах континентов опускаются быстрее смежных с ними площадей, и поэтому в них проникает море, а временно консолидированные участки океанического дна могут испытывать поднятие и на какое-то время снова превращаться в сушу.

Имеются достаточно многочисленные данные о соединении в прошлом массивов суши через области, занятые в настоящее время глубоким океаном; об этом свидетельствует полное сходство или близость фаун и флор разных континентов. Широко известные случаи сходства древнего органического мира были бы необъяснимы в рамках дарвиновской теории эволюции без признания наличия в прошлом такого рода трансокеанических сухопутных перемычек. Генетическая изоляция привела бы к развитию морфологических различий в фаунах различных континентов. Зюсс выделил и назвал термином «Гондваналэнд» древний континент, включающий Центральную и Южную Африку, Мадагаскар и полуостровную Индию, исходя из общности позднепалеозойской гондванской фауны на этой территории. Впоследствии к нему обычно стали также относить Австралию, Южную Америку и Антарктиду. Заметим, что более правильно название «Гондвана» (название одного из районов Восточной Индии).

Зюссом же предложен термин эвстатический для обозначения глобальных подъемов и падений уровня Мирового океана, о которых можно судить на основании стратиграфических данных о последовательности морских трансгрессий и регрессий на континентах. Регрессии он связывал с опусканием океанических впадин, трансгрессии — с частичным заполнением этих впадин осадками, вынесенными с континентов. Вода, следовательно, могла уходить с территории континентов при углублении океана либо затапливать их вследствие аккумуляции осадков на океаническом дне.

В обоих вариантах модели остывающей и сжимающейся Земли — как у Зюсса, так и у Дэна — континенты и океанические впадины рассматривались в качестве изначальных элементов; возможность значительного латерального движения континентальных масс по океаническому ложу категорически отрицалась. Поскольку эта модель удачно, как казалось, объясняла широкий круг геологических явлений, геологи единодушно признали ее в основе своей правильной, хотя были ясны и ее слабые места, а также стоящие перед ней трудности. (Так, модель горообразования, предложенную Дэна, было труднее приложить к Европе и Азии, чем к Северной Америке.) Поэтому мысль о том, что современные континенты откололись от первичного массива суши, должна была показаться явной ересью прежним поколениям геологов.