Внешние силы Земли являются внешними по отношению к земной коре. Эти силы действуют на земную кору со стороны гидросферы, атмосферы, живых организмов. В частности, со стороны человека. Сюда надо отнести также воздействие на земную кору солнечных лучей и метеоритов. Процессы, обусловленные внешними силами, геологи называют экзогенными (греческое слово «экзо» означает «вне»).
В двух предыдущих темах мы рассматривали земные недра. Поэтому разговор о процессах, изменяющих земную кору, логично начать с эндогенных процессов. Так мы и сделаем.
5. Гипотеза Вегенера о дрейфе материков
Как тебе уже известно (вспомни п. 1.1), в конце XIX столетия для объяснения образования гор предлагались две гипотезы. Согласно первой гипотезе горы образуются вследствие давления изнутри расплавленной магмы, что может приводить к поднятию отдельных участков земной коры и к разрывам в коре. В первом случае гора рождается в результате куполообразного выгибания коры, а во втором - в результате накопления лавы, образовавшейся из магмы, излившейся на поверхность. Такова гипотеза поднятия кратеров. Вторая гипотеза исходила из того, что по мере остывания магмы в недрах Земли земной шар должен немного сжиматься, в результате чего земная кора будет морщиться и собираться в складки, образуя складчатые горы. Это была гипотеза контракции. Мы с тобой об этих гипотезах уже говорили.
Когда-то казалось, что данные гипотезы позволяют полностью объяснить образование гор. А что касается расположения и конфигурации материков (а значит, и океанов), то они заведомо предполагались неизменными. Получалось, что планетарные формы рельефа сохраняются на все времена, а изменениям подвергаются только макроформы (и разумеется, более мелкие формы рельефа). Согласись, что в этом была некоторая нелогичность. С какой стати полагать вечными какие-то формы рельефа, коль скоро остальные формы изменяются?
Возможно, подобный вопрос пришел в голову немецкому метеорологу Альфреду Вегенеру (1880-1930) и заставил его усомниться в неизменяемости материков. Ученый обратил внимание на то, что очертания восточного берега Южной Америки весьма точно совпадают с очертаниями западного берега Африки. Вегенер установил большое сходство растительного и животного мира, а также геологического строения пластов горных пород Южной Америки и Африки. Отсюда он сделал вывод, что когда-то давно
Южная Америка и Африка представляли собой единый континент, который потом раскололся на два континента. Континенты постепенно разошлись в разные стороны, в результате чего образовался (как говорят геологи, раскрылся) Атлантический океан.
Это был сенсационный вывод. Получалось, что материки вовсе не неизменны! Они могут раскалываться на части и перемещаться по поверхности земного шара. Вегенер назвал это дрейфом материков. Продолжая исследования, он наглел новые подтверждения своей гипотезы о дрейфе материков. Он выяснил, что в прошлые геологические периоды климат на современных материках был иным. Это можно объяснить тем, что дрейфующие материки с течением времени перемещаются из одних климатических поясов в другие.
Со своей гипотезой Вегенер выступил 6 января 1912 года на собрании Немецкого геологического общества воФранкфурте-на-Майне. В 1915 году он изложил ее в книге «Происхождение континентов и океанов». В чем же заключалась суть гипотезы Вегенера? Сформулируем ее вкратце.
По Вегенеру, существует неподвижная базальтовая земная кора, и по этой коре скользят (дрейфуют) состоящие из гранита материки; при определенных условиях они могут раскалываться, от них могут откалываться какие-то части. Примерно 250 млн. лет назад на Земле существовал единый материк; соответственно, существовал и единый океан. Единый материк уместно называть Пангеей (от греческих «пан» - «вся» и «гея» -«земля»), а единый океан - Панталассом (от греческого «таласса» -«море»). На рубеже палеозоя и мезозоя Пангея начала распадаться на ряд континентов. В результате дрейфа этих материков раскрылись в неогеновом периоде Атлантический и Индийский океаны. На приведенном рисунке показано, как, по Вегенеру, постепенно изменялись очертания континентов и как раскрывались Атлантический и Индийский океаны.
Но почему произошел распад Пангеи? Какие силы заставляют дрейфовать материки? Эти вопросы оставались, по сути дела, открытыми. Вегенер мог указать только одну причину - вращение Земли вокруг собственной оси. Он считал, что под действием именно вращения Земли Пангея раскололась на части, которые стали перемещаться по своим траекториям и с разными скоростями. Перед передним краем скользящих континентов осадочные породы сминались в складки с образованием горно-складчатых массивов.
Гипотеза Вегенера произвела сильное впечатление. Появились как горячие сторонники этой гипотезы, так и не менее горячие противники. Особенно сильно противники критиковали Вегенера за то, что его гипотеза толком не объясняла, почему и каким образом твердые гранитные массивы скользят по твердым базальтовым породам. В результате в конце 1930-х годов гипотеза Вегенера была почти повсеместно отвергнута. Одни называли ее «прекрасной мечтой поэта», другие - «дикой фантазией Вегенера». Этой фантазии-мечте суждено было возродиться в 1960-х годах. Она возродилась уже на новом витке, в новом качестве. Гипотеза дрейфа материков превратилась в достаточно стройную научную концепцию под названием глобальная тектоника литосферных плит.
6. Движущиеся литосферные плиты
Литосферные плиты. Глобальную тектонику литосферных плит надо рассматривать как дальнейшее развитие вегенеровской гипотезы дрейфа материков. Это развитие в немалой степени обязано прозорливости английского ученого Артура Холмса (1890-1965), который в 1940-х годах предсказал явления, известные сегодня как спрединг и субдукция литосферных плит.
Но прежде чем говорить об этих явлениях, мы должны выяснить, что такое литосферные плиты.
Тебе уже известно, как выглядит земной шар в разрезе (смотри п. 1.5) Твердые массы земной мантии окружены слоем вязкой астеносферы, которая находится в своеобразном пластичном «твердо-жидком» состоянии и обладает текучестью, хотя и довольно медленной. Этот слой окружен твердой наружной оболочкой - литосферой. Она включает в себя самую верхнюю часть мантии (находящуюся над астеносферой) и земную кору с ее базальтами, гранитами, осадочными породами.
Литосферу называют твердым панцирем планеты. Звучит красиво, но не вполне точно. Панцирь - это нечто прочное и монолитное. Может ли литосфера быть таким панцирем? Подумай, в каких условиях находится этот весьма тонкий и твердый (а значит, достаточно хрупкий) шаровой слой. Снаружи его ничто не прижимает, не удерживает, а изнутри его атакует находящаяся хотя и в медленном, но непрерывном движении «полужидкая» и достаточно горячая астеносфера. Вполне очевидно, что в таких условиях литосферная оболочка не может сохранить монолитность; она должна потрескаться на отдельные куски.
Так оно и есть в действительности. Литосферный панцирь оказался не монолитной оболочкой, а совокупностью расколотых на отдельные части кусков оболочки - так называемых литосферных плит. Площади этих литосферных плит различны, многие достаточно велики. Наиболее интересные плиты (они имеют собственные названия) своими размерами сравнимы с материками, а некоторые оказываются еще больше. Поэтому не следует воспринимать литосферные плиты как плоские плиты, они являются частями сферической земной оболочки.
На схеме, изображающей карту мира (с. 71), показаны основные литосферные плиты и даны их названия. Из восемнадцати приведенных здесь плит первые восемь считаются главными. Самая большая плита находится под Тихим океаном и занимает почти всю его территорию. Это так называемая Тихоокеанская плита. Далее идет Североамериканская плита; она занимает территорию Северной Америки, половину территории Северного Ледовитого океана и северо-западный участок Атлантического океана. Ев-разиатская плита занимает территорию Европы, примерно половину территории Азии и Северного Ледовитого океана, северо-восточный угол Атлантического океана. Африканская плита - это Африка плюс треть территории Атлантики. Южноамериканская плита - Южная Америка плюс треть территории Атлантики. Индо-Австралийская плита - Австралия, Индостан и добрые две трети территории Индийского океана. Антарктическая плита - это Антарктида. Плита Наска занимает восточную часть территории Тихого океана, равную по площади материку Южной Америки.
Как были выявлены литосферные плиты и как были установлены их границы? Их установили достаточно четко, регистрируя эпицентры более или менее значительных землетрясений, которые происходили на Земле с 1950 по 1974-й год. На нашей схеме эти эпицентры представлены в виде точек и пятен. Они очень наглядно показывают, по каким линиям проходят границы литосферных плит. Разбиение литосферной оболочки на отдельные плиты и сейсмичность Земли теснейшим образом взаимосвязаны.
Можно сказать, что литосферные плиты в буквальном смысле плавают на внешней поверхности вязкой астеносферы. При этом они могут слегка подниматься, опускаться, а также перемещаться в горизонтальном направлении. Понятно, что земная кора, будучи составной частью литосферы, участвует во всех этих движениях.
Движение литосферных плит
Обрати внимание на то, что на схеме с литосферными плитами проставлено множество стрелок. Они указывают направления движения литосферных плит и, в частности, направления движения материков. Как видишь, Вегенер оказался прав в главном: материки и вправду перемещаются по земной поверхности. Но он ошибался, думая, что движутся сами материки по базальтовому дну Мирового океана. На самом деле происходит движение литосферных плит по астеносфере. А уже вместе с литосфер-ными плитами движутся и находящиеся на них материки.