Горы не только образуются, но и разрушаются
Значит ли это, что горы на Земле все время растут? С какой скоростью они растут? Насколько высоко могут подняться горные системы? Интересные вопросы возникают, не правда ли? С одной стороны, очевидно, что горообразование должно продолжаться все время, пока происходят движения в астеносфере. Они происходят вот уже около 5 млрд. лет, и можно не сомневаться, что будут продолжаться еще несколько миллиардов лет.
С другой стороны, очевидно, что горы не могут подниматься и подниматься. По подсчетам ученых скорость поднятия земной коры на границе Индо-Австралийской и Евразиатекой плит (скорость поднятия Тибета и
Гималаев) составляет примерно 5 мм/год. Известно, что это поднятие началось 10-20 млн. лет назад (в неогеновый период кайнозоя). Легко подсчитать, что за 10 миллионов лет земная кора должна была бы подняться здесь на 50 км. Однако этого не случилось. Высота Гималаев не достигает 9 км; высота Тибетского нагорья еще меньше. Ученые считают, что высота гор на Земле вообще не может превышать 10-15 км на суше (подводные горы могут быть немного выше, если, конечно, измерять их от основания). В чем же дело? Что мешает горам расти ввысь, несмотря на постоянно происходящий процесс горообразования? Мешают два обстоятельства. Во-первых, горы все время разрушаются под действием солнечных лучей, воды, воздуха, живых организмов, т.е. под действием внешних (экзогенных) сил. Во-вторых, сила земного тяготения ограничивает предельно допустимые высоты гор на Земле. Чтобы определить скорость, с какой растет гора, надо учитывать не только скорость ее образования, но и скорость, с какой она разрушается. И если вторая скорость будет больше первой, то в этом случае гора вообще не будет расти, а будет постепенно превращаться в ровную возвышенность. Кстати, именно это и происходит с Уральскими горами.
Как было сказано, Алышйско-Гималайский пояс образовался в результате того, что сблизились две определенных плиты. Но так говорить, наверное, не совсем правильно. Если говорят, что какие-то два объекта сблизились, то при этом предполагают, что данные объекты ранее не соприкасались, находились на расстоянии друг от друга. А литосферные плиты не находились на расстоянии; они все время соприкасались друг с другом. Как же можно говорить об их сближении или тем более столкновении? Ведь это же не льдины какие-нибудь!
Действительно, движение литосферных плит ничуть не похоже на движение льдин. И понятие «сближение плит» следует понимать не в обычном смысле, а как расширение плит, как их постепенное наращивание, вследствие которого любая конкретная часть данной плиты постепенно движется по направлению к встречной плите. Мы уже говорили об этом в предыдущем параграфе.
Так как же все-таки быть со «сближением плит» («столкновением плит»)?
Будем говорит о сближении (столкновении) не литосферных плит, а материков. Тут сближение или столкновение имеет обычный смысл. Он всем понятен.
Но материки находятся на плитах; они составная часть плит. Вот если бы сами материки перемещались по базальтовой оболочке Земли, как это полагал Вегенер, то тогда было бы ясно, как они сближаются, сталкиваются, расходятся. А как понимать сближение материков, являющихся составной частью литосферных плит? Ведь сами плиты не сближаются.
Вот рисунок, с помощью которого мы рассмотрим конкретную ситуацию. Известно, что примерно 100-150 млн. лет назад к югу от суперматерика, объединявшего тогда Евразию и Северную Америку, находился океан. Геологи дали ему название Тетис по имени греческой богини моря Фетиды. К югу от Тетиса находился континент, который в настоящее время является частью Евразии и называется полуостровом Индостан. Этот древний материк был частью Индо-Австралийской плиты, которая в те времена граничила с Евразиатской плитой по северному берегу Тетиса. Приблизительную карту Земли того времени ты можешь увидеть в п. 3.5. Северный край Индо-Австралийской плиты уходил под Евразиатскую плиту (смотри рисунок, который приводится здесь) и поэтому движение плит навстречу друг другу происходило без особых катаклизмов. В процессе этого движения Индостан постепенно сближался с континентом Евразии. И вот примерно 20-30 млн. лет назад Индостан и южный край тогдашней Евразии сомкнулись (можно сказать, столкнулись, хотя это не совсем подходит для данной ситуации). Поскольку Индо-Австралийская плита продолжала наращиваться и в этом смысле продолжала двигаться на север, а Индостан не мог «поднырнуть» под Евразиатскую плиту, то началось образование горных массивов по линии стыковки Индостана и Евразии. В результате здесь, на месте бывшего океана Тетис, поднялись в течение 20 млн. лет Гималаи и образовалось Тибетское нагорье.
Читатель: В п. 3.2 на рисунке, показывающем, как изменялись очертания материков за последние 250 млн. лет, нет даже намека на океан Тетис. Автор: Этот рисунок предложил в свое время Вегенер. Позднее ученые пришли к заключению, что очертания материков изменялись иначе. Вот тогда и появился Тетис. Об этом мы поговорим в следующем параграфе.
Два этапа в эволюции земного шара
Эволюция земного шара разделяется на два этапа - раннюю историю и геологическую историю Земли. Ранняя история - это период от 5 млрд. лет назад до 3,5 млрд. лет назад (некоторые ученые предлагают отодвинуть границу до 3,8 и даже 4 млрд. лет назад). Далее началась геологическая история Земли, продолжающаяся и поныне.
9. Ранняя история Земли
В ранней истории Земли выделяют две фазы - фазу аккреции (фазу рождения) и лунную фазу.
Аккреция - это процесс объединения («слипания») рассеянного в космическом пространстве вещества в какое-либо космическое тело, происходящий под действиям сил гравитации. Слово «аккреция» в переводе с латинского означает «приращение». Аккреция сопровождается высвобождением гравитационной энергии. Простой пример: высвобождение энергии при падении камня на землю. Эта энергия тем больше, чем больше масса камня и высота, с которой он упал.
Итак, 5 миллиардов лет назад началось формирование земного шара за счет аккреции обращающихся вокруг Протосолнца холодных остатков газопылевого облака. Сначала сформировался холодный относительно плотный «комок» - прообраз будущей Земли (Протоземля). Продолжающийся процесс аккреции приводил к постепенному уплотнению
Протоземли и к ее разогреву (за счет гравитационной энергии). В свою очередь, разогрев планеты способствовал перераспределению вещества внутри нее. Вблизи поверхности оставались сравнительно легкие соединения, а расплав из тяжелых соединений концентрировался в центре Протоземли. В результате сформировались земное ядро и мантия. Можно предположить, что расслоение вещества в недрах Протоземли происходило сложным образом: вещество мантии совершало круговорот - погружалось вглубь планеты и снова поднималось к ее поверхности.
В фазе аккреции, длившейся около полумиллиарда лет, наша планета приобрела до 95% современной массы. Поэтому можно считать, что к концу фазы Протоземля превратилась в Землю. Но выглядела Земля в тот период весьма необычно. Ее поверхность представляла собой океан раскаленного расплава с вырывающимися из него газами и водяными парами, которые формировали первичную атмосферу. Заметим, что к этому времени планета стала уже достаточно большой и была способна удерживать рождающуюся атмосферу. В океан расплавленной лавы продолжали врываться космические тела, приносящие с собой массу и энергию и порождающие фонтаны взлета и падения лавы. Картина, которую с полным основанием можно было бы назвать Адом.
Начало лунной фазы сопровождалось появлением тонкой первичной коры из базальта и формированием гранитного слоя материковой коры. Эти процессы происходили вследствие остывания приповерхностного слоя Земли. Остывание объясняется тем, что по мере увеличения поверхности космического тела усиливается возвращение энергии в космическое пространство; оно начинает преобладать над притоком энергии из космоса. Фазу назвали лунной, поскольку поверхность Земли в этот период внешне походила на лунный ландшафт (если полагать, что лунные моря - это моря расплавленного базальта). Твердая земная оболочка была еще весьма хрупкой, она непрестанно разрывалась вследствие давления изнутри - со стороны расплавленной мантии. «Лунные моря» возникали и закрывались. Существенно, что к концу лунной фазы температура вблизи земной поверхности понизилась - сначала до температуры плавления базальта (800-1000 °С), а затем до температуры кипения воды. При температуре ниже температуры кипения воды начался активный процесс конденсации водяных паров, накопившихся в земной атмосфере. На Земле образовалось много воды, целые океаны кипятка. Так началась геологическая история Земли.
Начало геологической истории Земли
Первый этап геологической истории нашей планеты ученые называют раннеокеаническим. Полагают, что он длился примерно один миллиард лет и завершился 2,5 млрд. лет назад. Этот этап соответствует архею на геохронологической шкале. В течение архея произошли очень важные события: образовалась твердая наружная оболочка Земли (ранняя литосфера) и возникла гидросфера. Одни ученые полагают, что вначале вода покрывала всю или почти всю поверхность Земли. Другие считают, что это маловероятно, поскольку к концу архея планета успела «надышать» не более 10% воды от объема ныне существующих морей и океанов. Во всяком случае, ясно, что 2,5 млрд. лет назад можно было уже говорить о континентах и океанах. Кроме того, можно было говорить о литосферных плитах. Разумеется, очертания и состав этих плит тогда заметно отличались от нынешних.
Как выглядела в те времена наша планета? Происходили грандиозные извержения вулканов, создавался своеобразный горный рельеф. Обильные дожди рождали мощные водные потоки, которые разрушали горные хребты. Обломки горных пород сносились реками в понижения и там накапливались. Первичные осадочные породы со временем уплотнялись и под влиянием подземного тепла превращались в прочные метаморфические породы. На дно океанов изливались базальтовые лавы, похожие на те, что изливаются и поныне. Толщина земной коры постепенно увеличивалась, особенно в тех местах, где возникали мощные потоки из мантии. В земной коре стали появляться вздутия, имевшие в поперечнике десятки и сотни километров. Впоследствии они стали зачатками континентов. Согласно современным представлениям, такие «зачатки» континентов возникли в экваториальном поясе Земли.
После раннеокеанического начался этап, который ученые называют океано-континенталъным. Он начался 2,5 млрд. лет назад - в самом начале протерозоя - и продолжался затем в палеозое, мезозое, кайнозое. Короче говоря, этот этап занял все два с половиной миллиарда лет и продолжается поныне. На протяжении всего этого времени трижды происходило объединение континентов (при этом какие-то океаны закрывались) с последующим образованием океанов (при этом континенты распадались и расходились в стороны).
Первое объединение континентов завершилось 1,7 млрд. лет назад (где-то в середине протерозоя). После этого континенты начали распадаться и расходиться, что приводило к раскрытию различных океанов. Затем континенты стали вновь собираться вместе. Второе объединение континентов