Орленок В.В. История океанизации Земли

Подождите немного. Документ загружается.

оказались полностью выполнены осадками, то океанические платфор-

мы испытали примерно такое же погружение в значительно более ко-

роткий срок за 25 - 70 млн. лет.

Отсюда трудно предположить, что за столь короткий срок конти-

нентальная кора океанических платформ претерпела на 2/3 поверхно-

сти Земли столь глубокие преобразования, что бесследно исчез 20-

километровый гранитный слой.

Случись подобное - это нашло бы отражение в катастрофическом

изменении солевого, температурного и газового режима гидросферы и

атмосферы планеты, а вместе с ними и в эволюции органического ми-

ра Земли. Однако никаких тектонических и отологических катастроф в

кайнозойской истории до сих пор установить не удалось

4.3. Поле силы тяжести

Более полувека назад голландский геофизик Ф Веннинг-Мейнис

совершил беспримерное плавание на подводной лодке и провел пер-

вые высокоточные измерения силы тяжести во многих пунктах Миро-

вого океана Он сам сконструировал и предварительно испытал на

Балтийском море два уникальных по тому времени четырехмаятнико-

вых прибора

Поскольку качка корабля сильно влияет на колебание маятника, то

для устранения этого неудобства приборы помещают в подводную

лодку, которая на глубине 50 - 70 м уже практически не подвержена

этому влиянию.

Главным результатом выполненных Веннинг-Мейнисом измерений

явилось установление того факта, что сила тяжести над океанами ока-

залась существенно выше, чем над континентами И хотя это не следо-

вало из самих измерений - осредненное поле аномалий Ag по своему

значению над сушей и над морем менялось в одинаковых пределах ±

10 миллигал (см/с

), однако интерпретация этого поля с учетом глуби-

ны океана приводила к такому заключению.

В самом деле, если при измерениях на суше под нашим прибором

сразу же находится твердая и плотная земля, то при измерениях в

океане под прибором имеется мощный слой воды значительно мень-

шей плотности, чем породы суши. Средняя плотность земной коры

равна 2,67 г/см\ морской воды - 1,03 г/см'\ т.е. меньше почти в два с

половиной раза Поэтому при одинаковой аномалии Ag над сушей и

9 Зак. 13184

121

над морем нам необходимо учитывать дефицит плотности в океане ИЗ-

за слоя воды.

Чтобы уравнять условия наблюдений на суше и на море, впадину

океана мысленно засыпают веществом с плотностью 1,64 г/см\ чтобы

теперь и в океане под прибором были породы одинаковой с конти-

нентом плотностью 2,67 г/см\

Поскольку сила тяжести зависит в первую очередь от плотности

пород, то при такой интерпретации мы получаем над океаном анома-

лии, которые в 20 - 30 раз оказываются больше по своему значению,

чем над континентами И тут возникает вопрос какие массы вызыва-

ют столь высокую океанскую аномалию Эти измерения были хорошо

известны Морису Юингу и его сотрудникам из Ламонтской геологиче-

ской обсерватории США, когда он полученное на глубине всего 4 км

ниже дна значение сейсмической скорости 7,5 км/с отнес к подошве

земной коры в океане. Исследователи, видимо, рассуждали следую-

щим образом Поскольку сила тяжести над океаном значительно вы-

ше, чем над континентами, и, согласно данным по землетрясениям Гу-

тенберга и Рихтера, плотная мантия здесь должна залегать вблизи дна,

то полученные скорости должны характеризовать положение границы

Мохоровичича, т е. подошву коры Отсюда и был получен вывод об

аномально тонкой океанической коре и высоком залегании плотных

пород мантии Круг замкнулся Для удовлетворения этой кажущейся

согласованности геофизических наблюдений пришлось поступиться

всей суммой известных к тому времени геологических наблюдений,

противоречащих такому заключению Геофизика взяла верх над геоло-

гией и заставила ее искать иное объяснение находкам кислых пород в

океане, а данные об источниках сноса обломочного материала с неко-

гда существовавшей на месте океанов суши были просто преданы заб-

вению

Но такая непоследовательность в науке рано или поздно начинает

давать о себе знать, ибо факты игнорировать нельзя

С физической точки зрения вопрос о том, куда нужно относить об-

наруженный избыток плотности в океанических областях - к верхним

горизонтам коры или же к более глубоким горизонтам мантии - одно-

значно не решается Специальное исследование этого вопроса, выпол-

ненное автором, показало, что поскольку сейсмическая структура ко-

ры океанов на самом деле не отличается от континентальной, то у нас

нет необходимости относить избыток масс к верхним горизонтам

океанической коры Он обусловлен наличием более плотных масс за

122

пределами коры в океанах Расчеты показали, что, действительно, бо-

лее плотная мантия под океанами лежит на 50 км выше, чем под кон-

тинентами Это полностью согласуется с новейшими данными об осо-

бенностях распространения сейсмических волн от землетрясений, по-

лученными советскими (А С Алексеев, В 3 Рябой) и зарубежными

(Ф Пресс, JI Кнопов и др.) исследователями

Согласно этим данным под материковыми платформами отмечает-

ся уменьшение скоростей сейсмических волн и, следовательно, плот-

ности пород в интервале глубин от 100 до 300 км. Мощность камен-

ной оболочки здесь почти в два раза больше, чем в океанах. Под океа-

нами мантия начинается на глубинах порядка 50 и менее километров

Ее плотность выше на этих глубинах, чем под континентами, и со-

ставляет величину порядка 3,4 г/см\ Одновременно наблюдается по-

гружение слоя пониженных скоростей на глубины до 180 - 200 км и

уменьшение его мощности до 30 - 40 км. Под тектонически активны-

ми зонами слой пониженных скоростей и, следовательно, разуплот-

ненной мантии имеет большую мощность и залегает, как правило,

выше.

Таким образом, возрастание силы тяжести под океанами обуслов-

лено не аномально тонкой и плотной корой, лишенной якобы гранит-

ного слоя, а подъемом более плотных пород мантии, залегающих под

океанами почти на 50 км выше, чем под континентами Отсюда мы

приходим к важному выводу, что различия в строении земных недр

под континентами и океаническими областями действительно имеют-

ся, но они обнаруживаются не в строении их коры, а за ее пределами, в

подстилающей мантии Исследования на этом уровне весьма затруд-

нены, а полученные результаты основаны главным образом на мате-

риалах изучения распространения поверхностных волн от землетрясе-

ний и мощных, в том числе ядерных, взрывов Но уже то, что извест-

но, согласуется со всеми приведенными выше материалами Сила тя-

жести над океаном больше, чем над континентом

4.4. Магнетизм пород и дрейф континентов

В 1915 году австрийский метеоролог Альфред Вегенер выдвинул

гипотезу, согласно которой сходство очертаний материковых окраин

Атлантического океана объяснялось дрейфом континентов, начав-

шимся около 100 млн. лет назад Гипотеза дрейфа оказалась очень по-

пулярной и привлекла большое число сторонников из разных областей

123

наук. Она была понятна и доступна широким кругам читателей По

Вегенеру, материковые глыбы, сложенные легким сиалическим мате-

риалом, подобно айсбергам, плыли по более тяжелой и вязкой магме

Казалось, гипотеза объясняет многое, в том числе сходство пород и

фауны по обе стороны Атлантики и общность древних областей оле-

денений на древнем суперматерике Пангеи, расколовшемся позднее на

шесть материковых глыб, и отсутствие гранитных пород на дне океа-

на Однако подобные идеи о расколе и раздвижении материков выска-

зывались еще задолго до Вегенера

В 1756 г геолог Теодор Лилиенталъ, трактуя Библию как описание

дробления Земли после Всемирного Потопа, подтверждал это

«подобием очертаний противоположных берегов многих континентов,

отдаленных друг от друга морскими просторами». В 1858 г Антонио

Снидера (Пеллегрини) «на основе Библии и геологических данных»

составил карту, на которой «до потопа» не было Атлантического океа-

на, и указал на сходство ископаемых остатков флоры в углях Америки

и Европы Однако еще задолго до Пеллегрини французский аббат

Ф Плассе в 1658 г высказал предположение о том, что Старый и Но-

вый Свет разделились после Всемирного Потопа

В последние два десятилетия были предприняты новые попытки

подвести более солидную базу под эту фантастическую гипотезу, ко-

торая больше 30 лет пребывала в забвении Толчком к ее возрождению

явились успехи в изучении магнитного поля Земли и новые данные о

намагниченности горных пород в 60-х годах нашего столетия

То что Земля имеет магнитное поле, было известно более 2000 лет

назад Китайские мандарины во время путешествий по необъятным

просторам лессовых равнин имели в своих колясках фарфоровые чаши

с волшебным камнем, острые углы которого при любых поворотах

дороги сохраняли одно и то же направление Помещенные в воду и

надлежащим образом закрепленные эти камни, представляющие со-

бой, вероятно, куски магнезита, были прообразом компаса. В XIV веке

морские компасы уже имели вид, мало отличавшийся от современных

Мореплаватели времен Колумба были убеждены, что постоянное по-

ложение стрелки компаса обеспечивается притяжением Полярной

Звезды И когда в середине Атлантики стрелка колумбова компаса от-

клонилась на 12 градусов от своего обычного положения, на корабле

возникла паника и стал назревать бунт Моряки решили, что их капи-

тан неправильно ведет судно, обманывая команду в своих истинных

намерениях Колумбу пришлось незаметно подложить возле картушки

124

компаса железный топор и тем самым привести стрелку в прежнее по-

ложение, чтобы успокоить свою команду. Так, по существу, было от-

крыто магнитное склонение Оказалось, что в различных точках зем-

ной поверхности магнитная стрелка поворачивается на некоторый

угол относительно своего исходного положения, зафиксированного в

пункте изготовления прибора

В 1510 году Георг Гартман обнаружил, что свободно подвешенная

за центр тяжести магнитная стрелка располагается не горизонтально, а

под некоторым углом к горизонту. Позднее было установлено, что

угол наклонения стрелки к горизонту, так же как и склонение, разли-

чен для разных пунктов земной поверхности. Склонение, обозначае-

мое буквой D, и наклонение, обозначаемое буквой I, являются важ-

нейшими характеристиками геомагнитного поля

В 1600 году придворный врач английской королевы Елизаветы I

В Гильберт написал первый трактат о природе земного магнетизма, в

котором показал, что характер изменения углов наклонения и склоне-

ния в разных точках земной поверхности сходен с направлением маг-

нитных силовых линий у поверхности шарового магнита Гильберт

первый обосновал представление о том, что Земля - это большой маг-

нит шарообразной формы Магнитные силовые линии замыкаются на

северном и южном полюсах

В 1634 году английский исследователь Геллибранд, выполняя из-

мерения магнитного склонения в Лондоне, обнаружил значительные

расхождения с более ранними определениями, сделанными в 1580 го-

ду За 54 года угол склонения изменился на 7 градусов Так были от-

крыты вековые вариации магнитного поля Спустя полвека удалось

установить и более быстрые изменения элементов геомагнитного поля

- суточные вариации

В 1839 г выдающийся немецкий математик Гаусс доказал, что на-

блюдаемое магнитное поле тождественно полю диполя (элементарно-

го двухполюсного магнита), помещенного в центр Земли Этот вывод

и в настоящее время имеет фундаментальное значение для теории зем-

ного магнетизма

Несмотря на значительные успехи в области изучения магнитного

поля, достигнутые к середине XIX столетия, природа его еще долгое

время оставалась неясной Начало современным воззрениям было по-

ложено английским исследователем Дж Лармором в 1919 г. Исследуя

природу магнитных полей Солнца и их влияние на земной магнетизм,

Лармор выдвинул гипотезу об индукционной (наведенной) природе

125

геомагнитного поля Он, а в дальнейшем советские физики Я И Френ-

кель, С И Брагинский, американский В Эльзассер, английский E Бул-

лард, японский Т. Рикитаки развили эти представления и показали, что

природа поля связана с вращением Земли и возникающими вследствие

его течениями раскаленной плазмы во внешнем ядре Земли. Эта тео-

рия получила название гидромагнитного динамо. В настоящие время

северный магнитный полюс располагается в районе Канадского архи-

пелага, Южный - в Тихом океане, близ восточных берегов Антаркти-

ды. Иными словами, магнитные полюса не совпадают с геофизиче-

скими. Наклон магнитной оси относительно оси вращения Земли со-

ставляет 11,5 градусов. Таким образом, строго говоря, геомагнитное

поле отличается от поля диполя

Магнитное поле является наиболее изменчивой физической вели-

чиной. Источником вариаций являются как изменения скорости вра-

щения Земли, так и изменчивость солнечной активности. Магнитный

экран в виде силовых линий защищает живое вещество на поверхно-

сти земли от разрушительной деятельности космических частиц высо-

ких энергий. Эти частицы улавливаются силовыми линиями и отво-

дятся к магнитным полюсам. Когда в околоземное пространство про-

никает большое количество частиц, например, в период пиков солнеч-

ной активности, в полярных широтах возникает их свечение - поляр-

ные сияния.

Горные породы, слагающие земную кору континентов и океанов,

также намагничены на глубину до 40 - 60 км Глубже, вследствие

подъема температуры свыше 600°С, намагниченность разрушается

Таким образом, суммарное магнитное поле, наблюдаемое на поверх-

ности Земли, складывается из диполя внутреннего происхождения, ис-

точники которого находятся во внешнем ядре Земли, недипольных со-

ставляющих, совпадающих с конфигурацией материков, и поля гор-

ных пород. Иногда на них накладывается поле космического проис-

хождения - поле вариаций. Если бы у Земли не было магнитного экра-

на, то из-за бомбардировок космическими частицами высоких энергий

живое вещество не могло бы существовать и развиваться на земной

поверхности. Единственным эффектным экраном от этих частиц

является вода Поэтому, если бы на Земле не было магнитного поля,

жизнь могла зародиться и развиваться только под защитой водного

экрана, т.е. в морях. Отсюда ясно, что на планетах, где нет магнитного

поля, нет условий и для развития живых организмов Связь магнитно-

126

го поля с вращением планеты и ее внутренним строением позволяет

изучать глубокие недра не только Земли, но и других планет

Исследование намагниченности горных пород позволили сделать

два важных открытия, нашедших применение в гипотезе дрейфа мате-

риков. Было установлено, что магнитные полюса не остаются на мес-

те, а периодически смещаются. Поскольку угол магнитного наклоне-

ния I для диполя связан с магнитной широтой ф простьм соотношени-

ем, то это теоретически позволяет, зная наклонение, определять гео-

графические координаты участка местности (где был взят образец по-

роды) в момент ее образования.

Другим важным открытием явилось установление неоднократного

обращения знака магнитного поля Земной магнит, оказывается, пе-

риодически изменял положительный знак на северном полюсе на от-

рицательный и наоборот Эти инверсии полюсов хорошо увязываются

по времени с геологическими периодами, определенными по остаткам

фауны и рассмотренными нами выше. В настоящее время мы живем в

эпоху положительного знака инверсий Примерно 800 тыс лет назад

Земля в последний раз сменила полярность магнитного поля В мо-

мент инверсии, длящейся 10-12 тыс. лет, напряженность магнитного

поля почти в четыре раза уменьшается. Магнитный экран ослабевает,

и в этот период на Землю обрушивается значительно большее количе-

ство жесткого космического излучения (типа радиооблучения), что, по

мнению ученых, должно вызывать мутацию живых организмов. Мута-

ция приводит в одних случаях к ускорению эволюции, в других - к ее

прекращению Не исключено, что быстрое вымирание многих видов

наземных животных прошлого произошло не без влияния инверсий

геомагнитного поля Интересно, что во второй половине кайнозоя, и

особенно в миоцене и антропогене, по данным советского исследова-

теля А Н Храмова, количество инверсий значительно возросло Сле-

довательно, должна была возрасти и мутация генофонда прошлого

Кто знает, не послужил ли этот фактор одним из катализаторов эво-

люции человекообразных обезьян, разумеется, при прочих условиях,

среди которых на первое место нужно поставить изменчивость при-

родной среды Во всяком случае, опыты с животными, помещенными

под магнитный экран и лишенными экрана, показали, что первые раз-

вивались нормально, вторые - очень плохо и в итоге погибали.

Древние люди пережили 800 тыс лет назад инверсию геомагнитно-

го поля. Проведенные нами расчеты показали, что мы находимся на

127

пороге очередной инверсии, которая произойдет примерно через 2000

лет. Как это отразится на здоровье людей - трудно сказать Советские

космонавты в длительных орбитальных полетах и американские ас-

тронавты при работах на Луне регистрировали небольшое количество

жесткого излучения, безопасного для здоровья Однако следует иметь

в виду, что эти полеты обычно проводятся в периоды спокойного

Солнца В моменты солнечной активности поток жесткого космиче-

ского излучения во много раз возрастает против обычного Возможно,

через 2000 лет для защиты людей и животных придется создавать ин-

дивидуальные магнитные генераторы, которые в момент инверсии бу-

дут защищать их, особенно в период солнечной активности, от разру-

шительного действия космических лучей. Предлагаю писателям-

фантастам обдумать эту любопытную ситуацию.

Но вернемся к теме нашего повествования и рассмотрим результа-

ты магнитных исследований в приложении к проблеме эволюции

океанов

Итак, по палеомагнитным исследованиям была обнаружена мигра-

ция магнитных полюсов на земной поверхности. Расчеты показывают,

что в кембрии (580 млн лет назад) они располагались в районе эква-

тора и в дальнейшем мигрировали к своему современному положе-

нию. При этом обнаружилось, что полюса, определенные по различ-

ным континентам, не образуют поле диполя. Для каждого континента

получается свой полюс. Наиболее простое объяснение этого отклоне-

ния от двухполюсной структуры геомагнитного поля заключалось в

выдвижении гипотезы о дрейфе континентов Иными словами, для то-

го, чтобы подкрепить идею дипольности, континенты стали "двигать",

реконструируя их положение таким образом, чтобы эта мультиполь-

ность свелась только к двум полюсам

Таким обраюм, для разных геологических периодов было вычис-

лено соответствующее палеомагнитным исчислениям положение кон-

тинентов В итоге представления А. Вегенера о едином континенте в

палеозое были оставлены. Теперь полагают, что в верхнем палеозое

было два континента: южный - Гондвана, объединяющий Южную

Америку, Африку, Индию, Австралию и Антарктиду, и северный -

Лавразия, составленный Северной Америкой, Европой, Азией и Грен-

ландией.

Разделение континентов якобы произошло в раннем мезозое С тех

пор они дрейфовали до современного своего положения. В качестве

движущего механизма предполагают существование вязких течений в

128

мантии Центром раздвижения считаются срединно-океанические

рифтовые хребты. Образование океанической коры, предполагается,

происходит в рифтовой трещине этих хребтов путем внедрения глу-

бинных базальтовых пород. Каждая новая порция пород внедряется по

мере раздвижения в обе стороны предыдущих Образуется своеобраз-

ный конвейер, и океан расширяется со скоростью несколько санти-

метров в год (рис 20). Ось раздвижения получила название оси спре-

динга, т.е. разрастания дна океана Поскольку радиус земного шара, по

мнению авторов гипотезы, не меняется, то избытки выработанной

океанической коры ныряют под континенты в районах островных дуг

краевых желобов восточной окраины Тихого океана Эти зоны полу-

чили название зоны субдукции - засасывания коры Сама гипотеза ста-

ла именоваться «новая глобальная тектоника», или «тектоника плит».

Предполагается, что вся поверхность Земли разбита системой рифто-

вых хребтов на шесть больших, множество малых плит, которые ис-

пытывают непрерывные горизонтальные перемещения, увлекаемые

конвекционными течениями в мантии

Эта гипотеза, впервые предложенная и разработанная американ-

скими океанологами и геофизиками в 1961 - 1965 гг., переведенная

сегодня в ранг теории, получила в последнее время наибольшее рас-

пространение Делаются даже попытки представить ее в качестве

окончательного решения проблемы эволюции континентов и океанов

Благодаря своей доступности и звонкой славе, которая вот уже более

полувека сопровождает имя ее основоположника Альфреда Вегенера,

гипотеза дрейфа стала необыкновенно популярна

О ней написаны горы книг и тысячи статей Очень часто такие кни-

ги пишут даже не специалисты в области наук о Земле Настолько все

кажется ясно и просто

Но эта простота обманчива, а гипотеза, пусть и очень красивая, -

остается гипотезой Ее аргументами нетрудно убедить массы узкоце-

ховых исследователей и, тем более, людей, не занимающихся научной

работой. Однако имеется немало ученых, которые увидели в этой эф-

фективной концепции лишь рекламу наукам о Земле, но отнюдь не

решение ее проблем

Давайте посмотрим, что же лежит в основе этих неомобилистских

построений, оценим прочность ее научного фундамента

Альфред Вегенер. прежде всего, был специалистом в области ме-

теорологии Поэтому в качестве движущей силы для дрейфа матери-

ков он предполагал процессы, действенные для перемещения атмо-

129

сферных масс. Материки располагались, по мнению Вегенера, вначале

в высоких широтах. Под действием центробежной силы они затем ста-

ли дрейфовать к экватору, а приливные силы Луны и Солнца смещали

их к западу. Однако расчеты специалистов показали, что этих сил явно

недостаточно, чтобы осуществить дрейф материковых глыб. В совре-

менном варианте неомобилизма - гипотезе тектоники плит - движу-

щими силами предполагаются конвекционные течения в мантии, ко-

торые в виде восходящего потока поднимаются под рифтовыми хреб-

тами, а затем растекаются в обе стороны от них, увлекая за собой кон-

тинентальные глыбы вместе с припаянной к ним океанической корой

(рис. 20).

Для того чтобы такой процесс был возможен, необходимо, по

меньшей мере, выполнение трех условий

Под каменной оболочкой Земли должен существовать практически

повсеместно слой толщиной более 1000 км, вязкость которого меньше

вязкости вышележащей оболочки вместе с впаянными с ней матери-

ками. Вязкий слой должен иметь очень однородное строение, и, нако-

нец, должна существовать заметная разность его температурного на-

грева под краями плит, чтобы обеспечить движение холодных масс в

сторону повышенных температур, а нагретых масс - в сторону дефи-

цита тепла

Конвекционный механизм перемещения масс при наличии гради-

ента температур действительно существует в атмосфере и в океане

Однако перенос этого механизма на недра Земли, на вещество мантии,

имеющей прочность стали и находящейся под всесторонним гидро-

статическим давлением около полумиллиона атмосфер, представляет-

ся весьма смелым и, по существу, необоснованным В реальных усло-

виях такого процесса никто не наблюдал Тем не менее в построениях

неомобилизма конвекционный механизм играет ведущую роль как

движущая сила дрейфа континентально-океанических плит Сама не-

определенность обстановки в недрах Земли открывает широкие воз-

можности для различных гипотетических предположений, которые из-

за невозможности их проверки, по существу, остаются неуязвимыми

для критики.

Однако даже имеющиеся данные заставляют серьезно усомниться в

возможности дрейфа континентов за счет конвекции в мантии

Сейсмологические данные, полученные из анализа распростране-

ния волн от землетрясений и ядерных взрывов, показывают, что вяз-

кий слой под каменной оболочкой не имеет сплошного распростране-

130