Геотектонические гипотезы (исторический аспект) эволюции Земли

02.07.2018
С давних времен люди искали причины изменения лика Земли, пытаясь объяснить механизм поднятий и опусканий, разнообразных тектонических деформаций. Уже во второй половине XVIII в. возникло первое научное объяснение этих явлений — гипотеза поднятий, основателями которой были М.В. Ломоносов и шотландец Дж. Хаттон. Главная роль при формировании поднятий отводилась подъему магмы и процессам вулканизма, а складчатые дислокации рассматривались как результат действия поднимающейся магмы. Гипотеза пользовалась длительным признанием, пока накопление новых знаний и фактов не привело к появлению в середине XIX в. гипотезы контракции.

Гипотеза контракции была предложена в 1852 г. французским геологом Э. де Бомоном. Эта гипотеза, развивающая идею «горячего происхождения Земли» (по Канту и Лапласу), основана на предположении о ее медленном остывании, сопровождающимся уменьшением ее объема (contractio — сжатие). Постепенное охлаждение Земли, идущее сверху, приводит к образованию верхней твердой оболочки — земной коры, которая при уменьшении объема Земли дробится, коробится, сминается. Зоны смятия соответствуют зонам складчатых сооружений, где происходят извержения вулканов и землетрясения. А крупные разрывы — океанические впадины. Главной причиной движений земной коры являются тангенциальные силы, действующие параллельно ее поверхности. Было подсчитано, что сокращение (сжатие) площадей горных сооружений должно привести к уменьшению радиуса Земли на несколько сот километров.

Ho современные данные свидетельствуют о «холодном» происхождении Земли, а последующий ее разогрев тем более не мог сопровождаться сокращением объема в таких масштабах. Контракционная гипотеза господствовала до конца XX в. и на ее основании австрийский геолог Э. Зюсс создал свой капитальный труд, в котором высказал первые представления о строении земной коры.

Гипотеза расширяющейся Земли. Изучение океанической коры небольшой мощности и с практическим отсутствием складок привело к идее растяжения как основного планетарного вида деформаций коры. Эта идея способствовала созданию гипотезы расширяющейся Земли, сформулированной в конце XIX в. М. Ридом, в дальнейшей разработке которой приняли участие Б. Линдеман, М.М. Teтяев, У. Кэри и др. Согласно этой гипотезе, первоначальный радиус Земли составлял 5430 км. Снижение первоначальной плотности материи с 9,13 г/см3 до 5,52 г/см3 обусловило расширение Земли до ее современных размеров, которое сопровождалось разрывами коры с образованием континентов и океанов. Ho существует целый ряд геологических данных, противоречащих этой гипотезе. Значительное увеличение размеров планеты должно вызывать уменьшение скорости ее вращения (увеличение продолжительности суток, сокращение числа дней в году), изменение величины силы тяжести, что повлекло бы за собой, в свою очередь, эволюцию органического мира. Ho следов таких изменений в геологической истории не обнаружено. Увеличение размеров Земли не имеет и физических доказательств.

Пульсационная гипотеза, являющаяся синтезом двух предыдущих, разработана американским геологом В. Бухером, а дальнейшее развитие получила в работах советских геологов М.А. Усова и В.А. Обручева. Согласно этой гипотезе, Земля пульсирует, испытывая то сжатие, то расширение, сопровождающиеся изменением ее объема. В целом превалирует сжатие, приводящее к сокращению размеров Земли. При расширении преобладают вертикальные движения, образуются разрывы коры, формируются геосинклинали, проявляется магматизм. При сжатии происходит образование складчатых сооружений, формируется мощная континентальная кора, магматизм затухает. Эта гипотеза впервые сумела объяснить причины деформации и сжатия, и растяжения. Ho основные возражения противников этой гипотезы заключаются в том, что на любом этапе развития Земли мы одновременно обнаруживаем следы и сжатия, и растяжения, которые, как бы компенсируют друг друга, и в то же время многими данными подтверждается, что объем Земли существенно не менялся (по крайней мере за последние 400 млн лет).

Гипотеза мобилизма. Накопление данных и сведений о строении Земли, особенно земной коры, ее основных элементов — океанов и континентов — способствовало появлению нового направления в теоретической геологии — мобилизма, сторонники которого допускали возможность горизонтального перемещения материков. Так появилась первая гипотеза мобилизма — гипотеза дрейфа материков, созданная немецким геофизиком А. Вегенером в 1912 г. Он высказал предположение, что в мезозое все материки представляли собой единый суперконтинент Пангею, который с юры начал раскалываться с обособлением современных континентов. При удалении континентов друг от друга между ними образовались океанические впадины.

Доказательством горизонтального перемещения блоков земной коры явилось удивительное сходство очертаний материков: восточных берегов южной Америки и западных берегов Африки, Северной и Южной Америки, разделенных Атлантическим океаном. Другим доказательством существования единого суперконтинента Пангеи является сходство наземных представителей органического мира в позднем палеозое и раннем мезозое на отдалившихся друг от друга после распада Пангеи материках. Приводил А. Вегенер и другие доказательства подтверждения своей гипотезы. Общее покровное оледенение всех южных материков в позднем палеозое, сходство геологического строения континентов, разделенных тысячами километров и другие геологические факты. Причиной возможного перемещения континентов он считал действие сил вращения Земли. Ho геофизики доказали, что ротационные силы вращения Земли недостаточны для перемещения континентальных глыб, высказали свои возражения и геологи, упрекнув его в забвении учения о геосинклиналях. В результате гипотеза оказалось почти забытой, пока не возродилась на основе новых научных достижений и фактов. Ho прежде чем перейти к теории литосферных плит — возрожденной гипотезы мобилизма, необходимо упомянуть, что в противовес существования идей сторонников мобилизма были и другие представления о фиксированном положении континентов без их существенного перемещения, которые объединялись в понятие фиксизма.

Гипотеза фиксизма. Была предложена в 1942 г. нашим геотектоником В.В. Белоусовым, а за рубежом разработана голландским ученым Р.В. ван Беммеленом и основана на представлениях о существовании только вертикальных колебательных движений, механизм которых связан с дифференциацией вещества мантии Земли. Сущность гипотезы: в нижней мантии в результате термоядерных реакций происходит расплавление вещества, которое в виде огромных перевернутых капель — астенолитов — поднимается к подошве литосферы и в случае ее проницаемости частично изливается на поверхность Земли в виде базальтов. Утяжеленная земная кора прогибается, возникают геосинклинальные прогибы, которые заполняются осадками и вулканитами. Затем литосфера остывает, проницаемость ее уменьшается, а астенолиты, не находя выхода на поверхность, вызывают дифференцированные вертикальные перемещения отдельных блоков литосферы. Эти вертикальные движения в геосинклиналях приводят к образованию орогенов. Остывание внедрившихся масс сопровождается интенсивной денудацией, приводит к стабилизации коры, выравниванию ее рельефа и переходу к платформенному режиму.

Одним из главных недостатков этой гипотезы является то, что горизонтальным движениям земной коры отводится второстепенная роль. Между тем многократно доказано, что горизонтальная составляющая в надвигах, сдвигах и раздвигах достигает сотен и даже тысяч километров. Доказана и роль горизонтального растяжения при формировании геосинклиналей и горизонтального сжатия при образовании складчатых систем. Кроме того, образование океанической коры В.В. Белоусов объяснял ее базификацией — интенсивным базальтовым вулканизмом. Между тем по петрохимическому составу она не может быть продуктом поглощения континентальной коры базальтовым расплавом, а является продуктом выплавления мантийного вещества.