Орленок В.В. История океанизации Земли

Подождите немного. Документ загружается.

происходил. Этот магматизм проявился многократно и мощно в не-

обычайно кратком интервале 40 - 50 млн. лет, с промежутками 5-10

млн лет и менее, что привело к быстрому проседанию перисферы и

образованию океанических впадин.

Таким образом, можно заключить, что амплитуда и динамика про-

седаний (А) были пропорциональны напряженности траппового маг-

матизма U и числу его циклов N и обратно пропорциональны длитель-

ности интервалов времени между ними AT:

Иными словами, чем больше циклов и чем чаще они следуют друг за

другом, тем быстрее и интенсивнее происходит опускание перисферы

Этот закон, видимо, универсален для Земли и действовал в доокеани-

ческий период ее развития

Итак, структурный ряд - щиты, пологие прогибы (синеклизы), уз-

кие глубокие прогибы (авлакогены) на материках и впадины океанов

отражают прежде всего различные ступени эволюции астеносферы

под ними. Формирование же астеносферы, как мы видели, всецело

обусловлено объемом поступления летучих и тепла из зоны внешнего

ядра Следовательно, гигантский размах кайнозойского траппового

магматизма, приведший к формированию впадин Мирового океана,

характеризует усиление процессов распада протовещества на уровне

внешнего ядра Земли.

Становится также ясно, что верхняя каменная оболочка, пассивно

проседая в освобождающуюся по мере дегазации и вулканизма астено-

сферу, не может в ходе этого процесса преобразовываться в океаниче-

скую кору. Базальтовая магма не ассимилирует континентальную кору,

а изливается поверх ее мощными потоками После завершения магма-

тизма и проседания астеносфера под данной областью практически

исчезает или уничтожается Этим объясняется дальнейшее спокойное

развитие и стабильность опустившихся океанических и конти-

нентальных платформ.

Отсутствие под древними щитами - Канадским, Бразильским,

Скандинавским и др. - астеносферы предопределили их стабильность в

фанерозое относительно остальной части поверхности Земли Эти об-

ласти почти миллиард лет подвергались размыву и разрушению, пос-

тавляя осадочный материал в окружающие моря Сегодня здесь выве-

дены на поверхность породы, которые могли образоваться на глуби-

171

нах 15-20 км, т.е. такова толща размытых гранитных пород. Сверх-

глубокое бурение на Кольском щите севера России показало, что

скважина, пройдя уже 12 тыс метров, все еще не миновала гранитные

породы. Эти данные являются лучшим подтверждением сделанного

нами выше вывода, что мощность кислородно-силикатной оболочки

(гранитного слоя Земли) должна быть не менее 30 - 35 км.

Полтора века назад английским геодезистом Праттом и астро-

номом Эри была выдвинута так называемая гипотеза изостазии, сог-

ласно которой отдельные блоки земной коры находятся в изостати-

ческом равновесии и как бы плавают в подстилающей вязкой мантии

Согласно этой гипотезе, вертикальные движения земной коры вызва-

ны перемещением осадочного материала на ее поверхности путем

размыва и переотложения Области, которые подвергаются размыву,

поднимаются, области же накопления осадков испытывают прогиба-

ние под их тяжестью. Следствием этой гипотезы явилось объяснение

современного подъема Фенноскандии и Канадского щита изостатиче-

ским выравниванием после стаивания существовавших здесь 15-25

тыс. лет назад мощных ледниковых покровов

В свете изложенного нетрудно видеть, что такая трактовка приро-

ды вертикальных движений в масштабах всей Земли слишком упро-

щена На самом деле ведущим процессом вертикальных движений яв-

ляются нисходящие проседания сегментов перисферы. Поднятия же

имеют весьма ограниченное распространение и также являются след-

ствием опусканий. Например, при опускании одного края блока отно-

сительно неподвижной центральной части,другой край, подобно каче-

ли, может подниматься Скорее всего, такой механизм движения на-

блюдается на Канадском и Скандинавском щитах Их края, обращен-

ные к океану, опускаются, а тыловые внутриконтинентальные края ис-

пытывают поднятия

В самом деле, масса 2 - 3 км призмы льда плотностью 0,97 г/см'

составляет менее 1% от массы 100 км толщи каменной оболочки щита,

имеющей плотность 3,2 г/см' Каким образом столь ничтожный вес

может вдавить эту гигантскую глыбу в подстилающую астеносферу

Тем более, что под щитами не обнаруживается вязкой астеносферы

Так что давить по существу льду некуда

Речь может идти лишь о сжа-

тии первых сотен метров гранитно-метаморфических пород коры При

средней пористости порядка 1 - 2% величина сжатия составит всего

10-20 м для толщи мощностью 1000 м Следовательно, ледник мог

вдавить (сжать) верхние несколько тысяч метров толщи пород, но не

172

погрузить в несуществующую вязкую астеносферу весь массив щита

Величина такого вдавливания может, таким образом, составить до

сотни метров

Из них необратимому разрушению должны подвергнуться около

половины мощности сжатых пород. На долю же поднятий придется

лишь несколько десятков метров Это несовместимо с высотой на-

блюдаемых террас по побережьям Балтийского и Баренцева морей,

достигающих многих десятков и даже сотен метров, а в горах Сканди-

навии и того больше (600 - 1200 м)

С другой стороны, образование впадин на материковых платфор-

мах, как впрочем, и самих океанов происходило не под тяжестью

осадков, мощность которых ничтожна (десятки, первые сотни метров)

Подобная масса пород, конечно, не могла быть причиной столь зна-

чительных и длительных опусканий.

Противоречит идеям изостазии и величина полюсного сжатия зем-

ного шара, устанавливаемая по эволюции орбит искусственных спут-

ников Земли Она составляет 1/298,25. При наличии же гидростати-

ческого равновесия она была бы равна 1/299,2. Этот факт обусловил

существование экваториального вздутия амплитудой 70 м, возникшего

более 10 млн лет назад при большей скорости вращения Земли При

наличии изостазии это вздутие должно было бы рассосаться в под-

стилающей вязкой мантии Но этого не произошло

Таким образом, не перераспределение выветрелого материала на

поверхности Земли определяет вертикальную динамику континентов и

океанов, а глубинные процессы, происходящие во внешнем ядре и ас-

теносфере Идеи изостазии в классическом виде, т е так как их пред-

ставляли себе Эри и Пратт, в определенной форме могут быть приме-

нимы лишь к очень ограниченному числу областей земной поверхно-

сти, под которыми существует мощный слой вязкой астеносферы

Здесь возможно существование гидростатического равновесия блоков

каменной оболочки, сидящих на вязком субстрате Но только этим

временным равновесием и ограничивается изостазия Она всякий раз

станет нарушаться не из-за размыва пород на поверхности блока, а по-

сле дегазации и вулканизма астеносферы Быстрое динамическое про-

седание каменного блока будет закономерным завершением этого

процесса

На начальном этапе развития науки, когда знания о глубоких не-

драх Земли были весьма скудны, идеи изостазии были прогрессивны.

Это был один из способов обобщения имеющихся знаний Но сегодня

173

весь сложный механизм эволюции лика Земли уже нельзя сводить к

сумме упрощенных представлений о вертикальных движениях камен-

ных блоков перисферы в вязком субстрате мантии на основе архиме-

довых сил

Все многообразие форм рельефа Земли создано в первую очередь

неравномерными в пространстве и времени проседаниями каменной

оболочки на более низкие уровни Все невулканические возвышенно-

сти и горы - это остаточные формы Скорость их проседаний была

меньше, чем соседних областей. Вместе с пологими впадинами и бо-

лее глубокими прогибами и желобами они отражают процесс сокра-

щения площади поверхности Земли в ходе ее общей контракции

(сжатия)

Если мысленно разгладить морщины земного рельефа, то можно

приблизительно оценить площадь поверхности в прошлом Если эту

операцию провести, скажем, по поверхности докембрийского фунда-

мента, подстилающего осадки и базальтовые лавы большинства океа-

нических и континентальных платформ, то можно по разности докем-

брийской и современной окружности Земли рассчитать насколько

уменьшился ее радиус за прошедшие 600-1000 млн лет Выполненные

нами по семи различным окружностям расчеты показали, что в сред-

нем за указанное время радиус Земли сократился на 261 км Это со-

ставляет около 4% длины современного радиуса (6371 км) На фоне

столь сильного общего сжатия земного шара средняя амплитуда рас-

члененности рельефа его поверхности составляет весьма незначитель-

ную величину - 4,5 км

Поскольку внутренняя активность земных недр еще будет долго

продолжаться - порядка 80 - 100 млн. лет, - то средняя амплитуда рель-

ефа будет увеличиваться Океаны станут углубляться, количество гор-

ных хребтов будет возрастать Рельеф Земли, погружаясь в ходе океа-

низации под воду, будет приобретать все более сложные формы

6.5. Происхождение земной коры

Ежегодно все вулканы мира - наземные и подводные - выбрасыва-

ют на земную поверхность около 9 млрд. тонн газообразного вулкани-

ческого материала (или 9-1г) Напряженность вулканизма, хоть и

была весьма значительной в течение всей геологической истории,

имеющиеся данные показывают, что в настоящее время ее интенсив-

ность все же несколько меньше, чем в кайнозое В пользу этого, в ча-

174

стности, свидетельствуют прямые определения возраста вулкани-

ческих пород островов и дна океана, приведенные советским геологом

A A Прониным в 1977 г Так, на долю мезозойских вулканических по-

род приходится всего 7%, в том числе позднемеловых - около 6% Па-

леоген-миоценовых вулканитов также оказалось около 7% Макси-

мальное количество определений падает на плиоценовые - 43% и чет-

вертичные - 37%. И хотя приведенные цифры не абсолютные, они ука-

зывают на некоторое снижение напряженности вулканизма в четвер-

тичное время по сравнению с предшествующим периодом Возможно,

2-3 миллиона лет назад процесс океанизации достиг своего наивыс-

шего размаха и в настоящее время начинается его медленный спад.

Следовательно, полученный нами выше график возрастания темпов

океанизации будет симметричен графику ее убывания, а осью симме-

трии является наша эпоха голоцена, т е нуль графика (см рис 13 на

с 62) Оценивая интенсивность вулканизма в прошлые эпохи, многие

ученые сходятся во мнении, что в среднем она была близка современ-

ной Поэтому, умножив 9-IO

г на 4-10'

;

лет, мы получим массу вулка-

нического материала, переброшенного из недр астеносферы на по-

верхность Земли за всю ее геологическую историю Она равна

3,6-10^ г Полученное значение сравнимо с массой земной коры мощ-

ностью 33 км - 5-IO

" г. Оно показывает, что большая часть земной ко-

ры до границы Мохоровичича действительно создана продуктами вул-

канизма и их последующего разрушения и эволюции

Тем не менее масса кайнозойских вулканических образований, из-

вестных на дне океанов и в континентальных областях, почти на поря-

док больше полученного среднего значения, исходя из современной

напряженности вулканизма Действительно, при средней мощности

вулканитов 2 км и плотности 2,9 г/см' их общая площадь составляет

около 350 млн км

, что равно общей массе 2,3-IO

г. Если же мы ум-

ножим массу современных ежегодных поступлений вулканического

материала 9-IO

г на весь период океанизации, т.е. 70-IO

лет, то полу-

чим только 3,6-IO

г. Иными словами, вулканизм периода океаниза-

ции в среднем, видимо, был все-таки более интенсивным, чем в до-

океанический период и в настоящее время Поэтому в рассчитанную

выше общую массу переброшенного вулканического материала необ-

ходимо добавить это значение, в итоге получим не 3,6-IO

г, а 3,9-IO

г или округленно 4-IO

г. Эта величина, как мы видим, ближе к сред-

ней массе земной коры -

г.

175

Выброшенный на поверхность вулканический материал, т е магма,

пепел, стекла, куски породы не оставались лежать на вечные времена

мертвым грузом близ своего вулкана. Потоки воды, ветер, тепло и мо-

розы и, наконец, различные организмы разрушали, окисляли и разно-

сили его по поверхности Земли Сначала в соседние водоемы и моря,

затем, когда они высыхали, обнажавшиеся осадки вновь подвергались

разрушению, выветриванию и переотложению в другие соседние бас-

сейны За сотни миллионов лет дезинтегрированный и многократно

размытый, перенесенный и переотложенный первоначальный вулка-

нический материал мог неоднократно обойти земной шар в самых

разнообразных направлениях. В современных морских и океанических

бассейнах частицы пород подводными и придонными течениями от-

носятся от материнской суши на тысячи и тысячи километров и, нака-

пливаясь, формируют новые морские отложения.

Какова же в действительности скорость разрушения земных пород

в настоящее время и сколько их было дезинтегрировано и перемещено

за период океанизации в более ранние эпохи

Согласно исследованиям А.П Лисицына, главными поставщиками

терригенного материала размываемой суши в океан являются реки. На

их долю приходится более 18 млрд. тонн ежегодно На долю других

источников - ветра, ледников, вулканов, жизнедеятельности организ-

мов и др. - приходится еще около 9 млрд. тонн. Таким образом, в моря

и океаны сегодня ежегодно поступает 27 - 30 млрд тонн материала,

большая часть которого обязана своим происхождением размыву ма-

териковой суши

Поскольку современные очертания континенты приобрели лишь в

период океанизации, т.е. в последние 50 - 70 млн лет, то, умножая ве-

личину 27 - 30-IO

г на 50 - 70-IO

лет, получим массу снесенного за

это время в океан терригенного материала Она равна 1,4 - 2,1-10

г. В

доокеанический период, когда крупных материков, а следовательно, и

гигантских рек, подобных Амазонке, Миссисипи или Гангу, еще не

было, а рельеф земной поверхности был менее расчленен, темпы раз-

рушения существовавшей тогда суши должны были быть меньше. По-

видимому, не будет большим преувеличением оценить скорость дену-

дации на полпорядка меньше современной и положить ее равной 6 -

10 млрд тонн в год. Тогда за 4 млрд лет непрерывной абразии суши

должно было разрушено и снесено около 2,4 - 4,0-IO

г терригенного

материала В сумме с кайнозойским это составляет 2,6 - 4,2-10

г ве-

щества.

176

Сравнивая полученное значение с массой выброшенного из недр за

это же время вулканического материала (4,0-IO

г), мы приходим к

выводу, что почти весь этот материал подвергся на поверхности Земли

разрушению, переотложению и размыву. Почти все, что выбрасывают

вулканы, - дезинтегрируется и разносится по земной поверхности Ес-

ли бы современные темпы разрушения земной поверхности сохрани-

лись на протяжении последующих лет, то примерно через 10 млн. лет

все материки оказались бы скрытыми до уровня моря И только благо-

даря значительно меньшей скорости размыва суши в прошлом и об-

щей контракции планеты поверхность ее не оказалась снивелирован-

ной до единого уровня И действительно, взяв на порядок меньшее

значение скорости денудации в прошлые 4 млрд лет (0,08 км/IO

лет)

в сравнении с современной (0,8 км за 10 млн. лет), получаем, что

мощность переработанной коры составила 31 км В сумме с кайнозой-

ским - это около 35 км Нетрудно видеть, что все значения сопос-

тавимы между собой.

Итак, проведенные расчеты полностью подтверждают вывод о том,

что течение геологических процессов в период океанизации идет бо-

лее энергично, чем в прошлые эпохи, когда океанов не существовало.

Непосредственные изучения мощности разновозрастных отложе-

ний на суше, выполненные еще в 1949 году американским геологом

Дж Гиллули, также указывают на прогрессивное ускорение темпов

седиментации (и, следовательно, скорости денудации пород) в исто-

рии Земли, которые достигли наивысших значений в плиоцене Так,

если в кембрии - силуре за 1 млн. лет образовалось только 140 - 150 м

осадочных отложений, то в юре - мелу скорость осадконакопления

возрастает до 270 м за

млн лет, а в плиоцене 800 м за 1 млн. лет!

Итак, земная кора до глубины 30 - 35 км образована вулканическим

материалом, а точнее, продуктами его эволюции В ходе глобального

круговорота земного вещества происходит неизбежное формирование

единой кислородно-силикатной оболочки планеты За 4 млрд. лет в

ходе размыва, сноса и переотложения выносимый из недр материал в

условиях постоянно мигрирующих в пространстве очагов вулканизма,

морских бассейнов и пространств суши будет неизбежно разнесен бо-

лее или менее равномерно по всей поверхности Земли. Яркое тому до-

казательство - примерно одинаковая везде толщина земной коры и со-

временные процессы мобилизации и переотложения терригенного ма-

териала, характер биогенного морского осадконакопления и др Вме-

177

сте с тем становится также ясно, что кислородно-силикатная оболочка

- это закономерный продукт длительной эволюции протовещества в

специфических условиях Земли

Весь механизм ее образования предопределяет сплошное распро-

странение этой оболочки по всей поверхности планеты. С другой сто-

роны, образование каких-то 50 - 70 млн лет назад обширных и глубо-

ководных океанических бассейнов не могло сопровождаться таким же

быстрым исчезновением кислородно-силикатной оболочки с 2/3 пло-

щади планеты Подобный процесс, как мы уже отмечали, неизбежно

повлек бы за собой цепь катастрофических явлений в гидросфере, ат-

мосфере и биосфере Земли, что, однако, не находит подтверждения в

геологической летописи кайнозойской эры Таким образом, мы полу-

чаем еще одно важное доказательство принципиальной невозможно-

сти существования в океанах тонкой базальтовой «океанической» ко-

ры Не могла она возникнуть изначально и тем более не могла

«раствориться» в мантии потом или появиться в результате дрейфа и

раздвига континентально-океанических глыб В заключение обратим

внимание на явное несоответствие объема морских осадков позднеме-

зозойского - кайнозойского возраста и объема терригенного материа-

ла, снесенного за это время (140 - 160 млн лет) с материков По дан-

ным А П Ронова и AA Ярошевского (1967), объем этих осадков в

океанах составляет 310 млн км\ Близкое значение было получено

B E Хаиным и соавторами в 1971 г - 277 млн км\ Поскольку биоген-

ные осадки составляют четвертую часть общего объема, то, используя

более позднее определение 277 млн км\ находим, что на долю терри-

генных осадков приходится 220 млн км\ Но объем всех современных

континентов выше уровня моря равен 94,5 млн км\ т е в 2,4 раза

меньше объема терригенных осадков, образовавшихся на дне океанов

за последние 160 млн лет Объяснить этот факт можно только единст-

венным предположением, что площадь и высота суши в начале океа-

низации, т е юры, мела, палеогена, была значительно больше совре-

менной. Это подтверждается и нашими палеогеографическими рекон-

струкциями, выполненными по данным бурения (Орленок, 1983) Из

них видно (см рис. 11 на с 59), что площадь материковой суши была

значительно больше современной. Последние сухопутные мосты в об-

ласти океанов - срединно-океанические хребты - опустились лишь в

неогене

178

6.6. Вода на других планетах

Теперь нам понятно, что вода не дается планете изначально. Она

появляется и исчезает на определенных этапах развития прото-

планетного вещества и при определенных условиях внутри планеты и

на ее поверхности. Океанизация - это финал эволюции планеты, а ее

длительность зависит от массы космического тела В условиях Земли с

27 г

массой около 6-10" г выраоотка воды из недр идет очень долго, более

4 млрд лет Но океанизация происходит только в финале эволюции и

охватывает небольшой промежуток времени - всего в 120 млн лет (см

рис. 13 на с 62)

Следовательно, для длительного производства и удержания сво-

бодной воды необходимо выполнение двух необходимых условий -

планетарной организации вещества с общей массой порядка земной и

оптимальных температурных условий на поверхности, допускающих

существование воды в жидкой фазе В противном случае, малая пла-

нета не сможет длительное время удерживать свою гидросферу, а так-

же газообразную и достаточно плотную атмосферу Летучие ее компо-

ненты быстро диссипируют в космос Кратковременность же сущест-

вования гидросферы резко ограничивает возможности возникновения

и эволюции жизни По этой причине на малых космических телах из-

начально отсутствуют необходимые и достаточные условия для обра-

зования воды Значит, на поверхности астероидов, комет, метеоритов

не может быть воды ни в свободной фазе, ни в виде льда

Невероятность существования ледяных космических тел малой

массы предопределена также быстрым испарением льда в условиях

космического вакуума. Кометы же летают на протяжении десятков,

сотен, тысяч и даже миллионов лет Сохранение их ледяных ядер в та-

ких условиях представляется необъяснимым

Космические тела с массой более IO

г - уже планеты В их недрах,

благодаря огромному давлению и высокой температуре, возникают

физико-химические реакции, могущие произвести некоторую диффе-

ренциацию протовещества и вынос свободной воды на поверхность

Из всех планет наиболее благоприятные условия для образования

гидросферы имелись на Луне - нашей ближайшей соседке и спутнице

Земли.

За время своей непродолжительной активности Луна произвела

22 21

около 10 г воды и 2-10 г атмосферы Вследствие своей малой массы

переработка протовещества на Луне закончилась 3 млрд лет назад По

179

этой же причине Луна быстро утратила свою воду и атмосферу в ре-

зультате фотолиза Вот почему на ней не успела возникнуть и раз-

виться биосфера

Нам известно, что Луна образовалась почти одновременно с Зем-

лей. Примитивные формы жизни появились на Земле лишь 3,5 - 3,9

млрд лет назад В это время уже происходило затухание внутренней

активности Луны Поэтому нельзя исключить возможные находки

простейших организмов в лунных морских осадочных породах и, ско-

рее всего, на обратной ее стороне, где отсутствуют грандиозные лаво-

вые равнины Последние возникли на обращенной к Земле стороне в

результате бомбардировки ее 3,0 - 3,5 млрд. лет назад крупными ме-

теоритами, пробившими тонкую лунную кору и открывшими выход

расплавленной базальтовой магме, которая могла захоронить древние

биогенные отложения

Меркурий расположен ближе всех других планет к Солнцу Поэ-

тому температура на его освещенной поверхности достигает +510°С,

на теневой -185°С. Вода, выносимая вулканизмом, мгновенно испа-

рялась, не переходя в жидкую фазу В связи с этим можно уверенно

говорить, что на Меркурии ни гидросферы, ни биосферы никогда не

было.

Наибольший интерес для нас представляет Венера Она имеет поч-

ти такие же размеры и массу, как и Земля, но ближе расположена к

Солнцу В связи с этим ее поверхность буквально выжигается солнеч-

ными лучами (солнечная постоянная равна 3,6 кал/см

-мин, на Земле -

1,9 кал/см

мин) За время своей внутренней активности Венера выра-

ботала около 4- IO

г свободной воды, т е почти столько же, сколько и

Земля Однако из-за высокой температуры на поверхности эта вода,

минуя жидкую фазу, сразу же испарялась в атмосферу, откуда в даль-

нейшем в результате фотолиза диссипировала в космос В настоящее

время огромные массы венерианской атмосферы содержат столько па-

ров воды, что ее было бы достаточно для образования на ее поверхно-

сти Мирового океана, подобно земному.

Поэтому сегодня ни воды, ни биосферы на Венере нет Однако бы-

ла ли на ней вода в прошлом, вопрос остается открытым Дело в том,

что если солнечная постоянная в прошлом была меньше современной,

то на Венере длительное время могли существовать условия, благо-

приятные для сохранения воды и, следовательно, жизни Если вспом-

нить, что активное развитие флоры и фауны в условиях Земли нача-

лись лишь с карбона (320 млн лет назад), а предшествовавшие 3 млрд