Дрейф материков

Длительное время в геологической науке господствовали идеи фиксизма, согласно которым крупные структуры литосферы, и прежде всего океаны и континенты, в процессе своей эволюции остаются на одном и том же месте и не перемещаются в горизонтальном направлении. Другими словами, было принято считать, что континенты и океаны возникли сотни миллионов лет назад и никогда не меняли своего положения. Лишь изредка, когда высота континентов существенно снижалась, а уровень Мирового океана повышался, море наступало на низменности и затапливало их. Это происходило благодаря медленным вертикальным перемещениям, что и создавало наземный и подводный рельефы.

Представление о том, что "земная твердь" находится в беспрестанном вертикальном движении, за счет которого формируется рельеф Земли, разделяло большинство ученых. Часто эти движения имеют большую амплитуду и скорость, что приводит к крупным катастрофам. Однако, как было установлено, имеются еще и очень медленные, не ощутимые даже самыми чувствительными приборами вертикальные движения с переменным знаком. Это так называемые колебательные движения. Только за очень продолжительный промежуток времени обнаруживается, что горные вершины выросли на несколько сантиметров, а речные долины углубляются.

Но вот в конце XIX - начале XX века некоторые естествоиспытатели стали сомневаться в справедливости этих предположений. Они стали осторожно высказывать идеи о единстве материков в геологическом прошлом, в настоящее время разделенных обширными океанами. Понятно, что такие ученые находились в весьма затруднительном положении, поскольку их гипотезы были бездоказательными. Действительно, если вертикальные колебания земной коры можно было объяснить какими-то внутренними силами (например, воздействием земного тепла), то перемещение громадных континентов по земной поверхности сложно было представить.

В такой ситуации в начале XX века появилась смелая гипотеза немецкого геофизика А. Вегенера о... горизонтальных перемещениях земных континентов. Нужно сказать, что вначале А. Вегенер достаточно успешно занимался метеорологией. Прочитав его труд "Термодинамика атмосферы", известный русский климатолог того времени А. Воейков произнес: "В метрологии взошла новая звезда!" Однако мировую славу и известность А. Вегенеру принесло не это научное направление.

Весной 1910 года он познакомился с известным в Германии метеорологом В. Кеппеном, сыном русского академика П.И. Кеппена. Беседы с этим ученым натолкнули молодого А. Вегенера на интересную мысль. Впоследствии он писал: "Впервые идея дрейфа континентов возникла у меня еще в 1910 году при рассмотрении карты Мира в связи с непосредственным впечатлением о совпадении очертаний береговых линий по обеим сторонам Атлантики. Однако я ей вначале не придал значения, считая невероятной. Осенью 1911 года в одном случайно попавшемся мне сборнике докладов я познакомился с неизвестными мне до этого палеонтологическими данными о существовавшей ранее материковой связи между Бразилией и Африкой... Сразу же выявились такие важные факты, которые укрепили во мне веру в принципиальной правильности постановки вопроса". Все это побудило А. Вегенера провести более детальный анализ имеющихся геологических и палеонтологических данных, в результате он убедился в правильности своих предположений.

6 января 1912 года на собрании Немецкого геологического общества во Франкфурте-на-Майне А. Вегенер сделал доклад о дрейфе материков. Доклад подвергся жесткой критике. Немецкие геологи, сторонники фиксизма, буквально высмеяли А. Вегенера. После этого ученый стал подбирать новый фактический материал, обдумывая механизм дрейфа материков. Так рождалась новая научная концепция. А в конце 1915 года вышла в свет книга А. Вегенера "Возникновение материков и океанов", давшая путевку в жизнь новой гипотезе дрейфа материков. В 1922 году работа была издана на русском языке в Германии. Начался триумф А. Вегенера.

Впрочем, преодолеть господство хорошо разработанной концепции о неизменности положения материков остроумным, но чисто умозрительным предположением мобилистов о дрейфе материков, основанном пока только на сходстве конфигураций противоположных берегов Атлантического океана, в первое время было сложно. А. Вегенер считал, что он сможет убедить всех своих оппонентов лишь тогда, когда будут собраны веские доказательства, основанные на обширном геологическом и палеонтологическом материале.

Для подтверждения дрейфа материков А. Вегенер и его сторонники приводили четыре группы независимых доказательств: геоморфологические, геологические, палеонтологические и палеоклиматические. Некоторые из них не утратили своей значимости и в наши дни. Ознакомимся с основными аргументами А. Вегенера.

Геофизические аргументы проводились, чтобы доказать сходство геологического строения структур, расположенных по разные стороны Атлантического океана и разделенных ныне многими тысячами километров. Используя геологическое описание горных хребтов юга Аргентины и Капских гор Южной Африки, А. Вегенер показал, что существует идентичное строение пластов горных пород этих очень отдаленных в настоящее время друг от друга геологических объектов. Одинаков у них и состав сравнительных пластов. Анализ гранитных массивов Бразилии и Африки также свидетельствует об их прежнем единстве.

Палеонтологические и биологические аргументы прежде всего касались общности некоторых вымерших рептилий и ископаемых ракообразных для упоминавшихся выше материков Южного полушария Земли. Много внимания уделил А. Вегенер сбору и систематизации данных о современном распространении организмов, характерных для южных континентов: червей, двустворчатых моллюсков и т.д. На основе этих данных А. Вегенер составил серию схем распространения ископаемой и современной фауны и флоры, подтверждавших единство континентов Южной Америки и Африки в прошлом.

Таким образом, автору гипотезы о дрейфе континентов удалось собрать воедино и заново осмыслить целый ряд разрозненных до того фактов. Это и позволило, в конечном итоге, А. Вегенеру прийти к выводу о том, что первоначально все континенты были собраны воедино в виде огромного материка Пангеи, который омывался водами единого для всей Земли океана. В дальнейшем, по мнению А. Вегенера, Пангея, сложенная гранитной корой, под влиянием сил вращения Земли на рубеже палеозойской и мезозойской эр (250-200 миллионов лет назад) раскололась на отдельные блоки - современные материки, которые как бы стали "плавать" по более плотным породам мантии.

Однако эти образования двигались с различной скоростью, что и привело к распаду суперматерика. Пангея стала распадаться на фрагменты, которые совершали дальнейшее движение по индивидуальным траекториям. Перед передним краем скользящих континентальных масс вещество сминалось в складки с образованием горноскладчатых сооружений, а в тыловой части возникали впадины и прогибы.

Понятно, что в гипотезе дрейфа материков было много недосказанного и неподтвержденного: не было зафиксировано перемещение континентальных масс, не установлены причины дрейфа и основные перемещающиеся силы.

В связи с этим в 1930 году А. Вегенер в очередной раз отправился в Гренландию с надеждой найти там доказательство своей гипотезы. В частности, он рассчитывал повторно измерить координаты острова. Если оказалось бы, что они изменились после ранее выполненных замеров, то он был бы прав. К сожалению, это была последняя экспедиция ученого. Первого ноября 1930 года в день своего пятидесятилетия А. Вегенер погиб.

Нужно сказать, что противники А. Вегенера были очень активны, напористы и умело использовали все слабые стороны его гипотезы, поэтому вслед за стремительным успехом довольно скоро для нее наступил кризис. В конце 1920-х годов некоторые геофизики стали называть гипотезу ученого "дикой фантазией". Они получили большое число фактов и физических противоречий в цепи логических доказательств перемещения материков. Это позволило им обосновать несостоятельность способа и причин дрейфа материков, в связи с чем к началу 1940-х годов гипотеза А. Вегенера растеряла почти всех своих сторонников. Более того, к 1950-м годам большинству геологов казалось, что гипотеза движения континентов должна быть окончательно "отброшена" и ее можно рассматривать только как один из исторических парадоксов науки, не получивших подтверждения и не выдержавших проверку временем.

Однако через сорок лет после этого на Токийской объединенной океанографической ассамблее большинство ведущих геологов и геофизиков вновь решительно высказалось в пользу идеи дрейфа материков. Этому в немалой степени способствовали следующие обстоятельства...

С середины XX века ученые начали исследовать рельеф и геологию океанического дна, а также физику, химию и биологию океанических вод. Морское дно стали прощупывать многочисленными приборами. Расшифровывая записи сейсмографов и магнитометров, геофизики получали новые факты. Было установлено, что многие горные породы в процессе образования приобретали намагниченность в направлении существующего в данный момент времени геомагнитного поля. В большинстве случаев эта остаточная намагниченность сохраняется без изменения многие миллионы лет.

Изучение остаточной намагниченности горных пород привело к двум фундаментальным открытиям. Во-первых, было установлено, что в истории Земли намагниченность менялась многократно - от нормальной, то есть соответствующей современной, до обратной. Во-вторых, при изучении колонок грунта (лав), залегающих по обе стороны от срединно-океанических хребтов, была обнаружена определенная симметрия. Это явление получило название полосовой магнитной аномалии. Симметричные по отношению к хребтам аномалии, как выяснилось, имеют один и тот же возраст, который увеличивается при приближении к материкам. Можно сказать, что полосовые магнитные аномалии представляют собой как бы "записи" инверсий, то есть изменений в прошлом направления магнитного поля Земли.

Это обстоятельство позволило высказать предположение, которое многократно было подтверждено в последствии, что частично расплавленное мантийное вещество поднимается на поверхность по трещинам и через рифтовые долины, расположенные в осевой части того или иного срединно-океанического хребта. Оно растекается в противоположные стороны от оси хребта и при этом как бы растаскивает, раскрывает океаническое дно. Полосовые магнитные аномалии океанического дна оказались наиболее удобной информацией для установления эпох изменения полярности геомагнитного поля в далекие прошедшие времена.

Одним из важных феноменов палеомагнитных исследований была несовместимость положения древних и современных магнитных полюсов. При попытке совместить их каждый раз требовалось "передвигать" континенты. Примечательно и то, что при "совмещении" позднепалеозийских и раннемезозийских магнитных полюсов с современными континенты "сдвигались" в один огромный материк, очень похожий на Пангею.

Подводя итоги вышесказанному, можно констатировать, что открытие первичной намагниченности, полюсов магнитных аномалий с переменным знаком, симметричных осям срединно-океанических хребтов, изменения положений магнитных полюсов со временем и целый ряд других открытий привели к возрождению гипотезы А. Вегенера.

Возрожденная гипотеза дрейфа материков получила со временем название тектоники литосферных плит, которые медленно перемещаются по поверхности нашей планеты. Толщина литосферных плит меняется от 100 до 120 километров, хотя в большинстве случаев составляет 80-90 километров. Общее количество таких плит невелико: восемь крупных и около полутора десятков мелких (микроплиты). Две крупные плиты расположены в пределах Тихого океана и представлены тонкой и легко проницаемой океанической корой. Другие громадные плиты: Антарктическая, Индо-Австралийская, Африканская, Северо-Американская, Южно-Американская и Евразийская - обладают корой континентального типа.

В тех случаях, когда плиты расходятся, в образующуюся при этом трещину (рифтовую зону) поступает мантийное вещество. Оно застывает на поверхности океанического дна и наращивает соответствующую кору. Новые "порции" мантийного вещества расширяют рифтовую зону, что заставляет литосферные плиты двигаться. На месте из раздвига образуется океан, размеры которого постоянно увеличиваются.

Когда литосферные плиты сходятся, то в зоне их сближения происходят очень сложные процессы, из которых можно выделить два главных. В первом случае, когда океаническая плита сталкивается с другой океанической или континентальной, она погружается в мантию. Процесс этот сопровождается короблением и разламывай ием, а в самой зоне погружения возникают глубинные землетрясения. Во втором случае, когда сталкиваются две континентальные плиты, возникает эффект типа торошения. Он, как известно, наблюдается во время речного ледохода, когда льдины сталкиваются и раздробляются, надвигаясь друг на друга. Поскольку земная кора континентов значительно легче, чем мантия, то плиты не погружаются в мантию. При столкновеним они сжимаются и на их краях возникают крупные горные образования.

Многолетние наблюдения позволили ученым установить средние скорости перемещения литосферных плит. Так, например, в пределах Альпийско-Гималайского пояса сжатия, который образовался в результате столкновения Африканской и Индостанской плит с Евразийской, скорости сближения составляют от 0,5 сантиметра (в районе Гибралтара) до 6 сантиметров в год (на Памире и в Гималаях). Оказывается, что в настоящее время Европа "отплывает" от Северной Америки со скоростью до 5 сантиметров в год, в то время как Австралия "уходит" от Антарктиды с максимальной скоростью, составляющей около 14 сантиметров в год. Однако наиболее "высокими" скоростями перемещения обладают океанические литосферные плиты, поскольку их скорость в 3-7 раз выше скорости континентальных литосферных плит.

Таким образом, за короткое время своего существования (с конца 1960-х годов) теория тектоники литосферных плит, провозглашенной "новой глобальной тектоникой", сумела объяснить природу практически всех главных процессов, развивающихся в Земле, включая образование океанической и континентальной коры, дрейф материков, природу магматизма, происхождение складчатости и горных поясов Земли, формирование рифтовых зон, краевых (предгорных) прогибов, динамику зон растяжения (спрединга) литосферных плит и целого ряда других процессов.

Полученные результаты значительно расширили первоначальные рамки теории тектоники литосферных плит и фактически превратили ее в настоящее время в наиболее общую геологическую теорию глобальной эволюции нашей планеты.

Алим Войцеховский