Тяпкін К.Ф. Фізика Землі

Подождите немного. Документ загружается.

гравітаційних аномалій [8, 136]. Порівняння цього розрізу зі схе-

мою, зображеною на рис. 56, а, б, не залишає сумнівів у їхній по-

дібності. Зокрема, амфіболіти, що лежать в основі криворізької

серії порід, є продуктом підводних виливів базальтової магми.

Формування криворізької серії, представленої теригенними і хе-

могенними утвореннями, що чергуються, пов'язане з періодич-

ними відносними вертикальними переміщеннями блоків у поєд-

нанні з активуванням вулканічної діяльності глибинного розлому,

що розділяє їх (див. також [209]). Слабко похилені в процесі

утворення товщі за рахунок наступних деформацій, що відбували-

ся в режимі стиснення, набули стрімких кутів нахилу. У схемі, що

розглядається, знаходить просте пояснення відсутність другого

«крила» синклінорія, хоча в північній його частині, на захід від

осьової лінії розлому, трапляються породи криворізької серії з

залізистими кварцитами переважно магнетитового складу. Як по-

казав М.О. Плаксенко [154] на прикладі Курської магнітної ано-

маїії (КМА), магнетитовий склад залізистих кварцитів зумовлений

їхнім утворенням в умовах мілководдя. Ця обставина в поєднанні зі

структурними особливостями порід криворізької серії дає змогу вва-

жати їх лівим «крилом» структури за схемою, поданою на рис. 56, б.

На рис. 57, б наведено вертикальний розріз структури Донба-

су вздовж сейсмічного профілю XI за даними М.І. Бородуліна і

А.К. Михальова [125]. Привертає увагу асиметрія палеозойської

структури Донбасу. Участь у його утворенні розломів та інші осо-

бливості досить переконливо свідчать про виникнення і форму-

вання цього розрізу за схемою, зображеною на рис. 56, а, б, в ре-

жимі розтягу. Ускладнення його структури і, зокрема, серія насу-

вів є результатом наступних тектонічних деформацій, що відбува-

лися в режимі стиснення.

Ілюструванням ускладнених моделей розвитку геосинкліна-

лей, зображених на рис. 56, в, г, може бути західна частина гео-

синклінальної системи Великого Кавказу в мезозої, вертикальний

розріз якої наведено на рис. 57, в. Розріз складений М.Г. Ломідзе

[217].

На рис. 57, г наведено вертикальний розріз Байкальського

рифта за В.П. Солоненко і М.О. Флоренсовим [217]. З рисунка

випливає, що формування молодих {И + £))-рифтових структур

також відбувається за схемою, зображеною на рис. 56.

Розглянуті вище приклади свідчать про те, що в усі геологічні

епохи, починаючи, принаймні, з протерозою, формування струк-

тур типу геосинкліналей відбувалося однотипно за схемами, зо-

браженими на рис. 56. Більше того, досвід вивчення автором гли-

159

бинної будови архейських структурно-фаціальних зон на Україн-

ському щиті за допомогою гравіметрії [205] свідчить про можли-

вість використання описаної вище моделі формування стосовно

структур архейського віку. Отже, інтервал часу, впродовж якою

спостерігається однотипне формування структур типу геосинклі-

налей на межах блоків за схемами, наведеними на рис. 56, можна

поширити на всю геологічну історію.

Висновок про однотипність формування континентальних

структур типу геосинкліналей не можна вважати загальновизна-

ним. Разом з тим він не новий. Багато дослідників уже приходило

до нього з дещо іїтших позицій. Так, О.С. Грачов і В.С. Федоров-

ський [53] з посиланнями на багатьох інших дослідників підкрес-

люють спільність таких структур, як рифти, авлакогени і геосинк-

лінальні троги. Зокрема, вони вважають, що чудовою особливістю

рифтів, авлакоіенів і трогів є конседиментаційний характер самих

прогинів (як правило, асиметричних) і розломів, що їх обмежу-

ють, і що розвиток подібних структур, безсумнівно, не є особли-

вістю якихось окремих етапів у розвитку Землі, скоріше він від-

биває одну з основних закономірностей тектогенезу. Всі ці струк-

тури, описані різними авторами під різними назвами (рифти, ав-

лакогени, геосинклінальні троги), найскоріше мають одну приро-

ду — «наскрізний» розвиток упродовж геологічної історії.

До зробленого раніше висновку доречно додати, що не тільки

континентальні структури перелічених вище трогів, а й океаніч-

ні — типу глибоководних жолобів і острівних дуг формуються за

схемою, наведеною на рис. 56. Це наочно видно на розрізі Кури-

ло-Камчатського глибоководного жолоба, зображеного на рис. 25, г.

Своїх основних обрисів цей жолоб, безсумнівно, набув на почат-

ковому етапі формування за схемою, наведеною на рис. 56, <з, в

режимі розтягу, а деяких наступних ускладнень — у процесі замі-

ни режиму розтягу на режим стиснення [206].

Отже, можна констатувати, що геосинклінальні структури й

орогени, авлакогени і рифти, глибоководні жолоби й острівні

дуги утворилися за єдиною схемою. Своїх особливостей вони на-

бували в процесі наступного формування в результаті послідовної

зміни режимів розтягу і стиснення. Причому, чим давніша струк-

тура, тим більша ймовірність її ускладнення наступними тектоніч-

ними деформаціями. Цей висновок свідчить про те, що відсутні

серйозні причини підкреслювати різку відмінність в утворенні,

наприклад, нормальних геосинкліналей, авлакогенів, рифтів або гли-

боководних жолобів. Точно так само немає підстав протиставляти

утворення континентальної кори утворенню океанічної.

160

І, нарешті, зазначимо, що висновок про єдину схему форму-

вання (що представляються нині різнорідними) структур типу

геосинкліналей на межах блоків тектоносфери досить важливий,

але він набуває істотного значення лише за умови, що пощастить

встановити природу механізму відносних переміщень блоків і за-

кони, що керують цим механізмом. Зокрема, важливо визначити

джерело сил, що зумовлюють переміщення блоків тектоносфери,

а також закономірності, що регулюють зміну режимів стиснення і

розтягу на ділянці цих переміщень. Так знову виникла необхід-

ність створення тектонічної концепції, здатної пояснити шукані

закономірності.

4.3. Циклічність формування

тектонічних структур

У геології з давніх часів встановилися процеси, що відбуваю-

ться циклічно (ритмічно), різного масштабу і значення. Найчіт-

кіше ці процеси виявляються в ритмічності осадонагромадження.

В осадових нашаруваннях ритмічність характеризується реіуляр-

ним чергуванням двох, трьох або чотирьох різновидів шарів.

Нормальним ритмом вважають таку послідовність: пісковик —

вапняковистий алевроліт — мергель — вапняк. Потім наступає

перерва в осадонагромадженні і ритм повторюється. Незважаючи

на велику різноманітність ритмів, вони мають і загальну власти-

вість. Звичайно великий ритм складається з дрібних ритмів різ-

ного порядку. Сукупність ритмів різних порядків є однією з ос-

новних характеристик осадових утворень, що складають будь-які

тектонічні структури.

Нині твердо встановлено існування великого числа циклів

кліматичних коливань з періодами: 1, 11, 22, 30—35, 60, 80,

100, 170—200, 350—400, 1700—2200 років і т.д., пов'язаних зі

зміною сонячної активності [103]. Геологічні дані підтверджу-

ють, однак, не лише-існування короткоперіодичної циклічнос-

ті, що нині піддається безпосередньому спостереженню, а й

постачає інформацію про значно триваліші цикли з періодами

в тисячі, мільйони і навіть десятки мільйонів років. Наприк-

лад, В.А. Шнитников [236] за даними палеогеографічних до-

сліджень довів існування 1850-річної періодичності у зволо-

женні материків. Установлені [74] геологічні цикли з

періодами, що становлять 3500, 20 000 років і більше.

Як випливає з описаної в п. 4.2 схеми формування структур

типу геосинкліналей на межах блоків і досвіду вивчення осадових

161

товщ, закономірності процесів денудації і седиментації щонайтіс-

ніше взаємозв'язані з напрямком, швидкістю й амплітудою відно-

сних вертикальних переміщень блоків тектоносфери. У закономір-

ностях формування осадової товщі відбиті коливальні рухи блоків,

які часто називають хвильовими. Використовуючи взаємозв'язок

між коливальними рухами блоків і гранулометричним складом

осадів, що формуються, І.А. Одеський [137] на великому фактич-

ному матеріалі в межах Західно-Сибірської і Скіфсько-Туранської

плит, Західно-Сибірської низовини гармонічним аналізом устано-

вив тектонічні цикли з періодами, млн років: 2,3; 5,0; 8—13 (10);

17-22 (20); 29-35 (32); 39-45 (42); 61-66 (63).

Узагальнюючи геологічний матеріал за різними регіонами,

Г.Ф. Лунгерсгаузен [105], В.Ю. Хаїн [216], В.Д. Наливкін [128]

зазначали існування великих циклів тривалістю 30—45 і 150—180 млн

років. Циклу з періодом 30—45 млн років М.М. Страхов [184] на-

дає особливого значення, вважаючи його провідним у процесах

шароутворення. Цикли з періодами 150—180 млн років характе-

ризують періодичність головних орогенічних епох у фанерозої, а

за тривалістю відповідають галактичним рокам.

Для нас важливо підкреслити взаємозв'язок, що встановлює-

ться нині, між геологічними та астрономічними явищами. Так,

М.П. Балуховський [7] навів таблицю відповідності геологічних

ритмів і циклів астрономічним факторам (табл. 11).

Не можна визнати випадковим збіг періодів геологічних і

астрономічних циклів, зокрема циклів сонячної активності з

періодичним нахилянням земної осі відносно площини екліп-

тики, коливанням ексцентриситету земної орбіти коливальни-

ми рухами Сонячної системи відносно площини Галактики

[105, 137 та ін.].

Особливо варто підкреслити, що тривалість мезозойської ери

дорівнює галактичному року, а палеозойської — двом галактич-

ним рокам.

І хоча всі перелічені вище закономірності встановлені пере-

важно для фанерозою, їх можна очікувати і для докембрію. Зо-

крема, геохронологічні дані про магматичні і метаморфічні поро-

ди докембрійських щитів дали змогу М.П. Семененко (1964 р.)

виділити в історії докембрію п'ять мегациклів, що відбивають ве-

ликі події перебудови структурних планів архітектоніки континен-

тів, що носять планетарний характер. У пропонованій ним гео-

хронологічній шкалі мегациклів докембрію наочно видно галак-

тичні роки, що загалом добре збігаються з революційними епоха-

ми докембрію [7].

162

Таблиця 11. Зв'язок геологічних ритмів і циклів з астрономічними факторами

Ритм, цикл

Передбачуване походження

Період ритму або

циклу, млн років

Флішевий ритм

(ритм Шнитнико-

ва)

Прецесійний ритм

Ритм нахилу екліп-

тики

Ритм зміни екс

центрисиїету зем-

ної орбіти

Перший планетар-

ний ритм

Другий планетар-

ний ритм (мезо-

ритм)

Третій планетар-

ний ритм

Перший косміч-

ний цикл

Мезоцикл

Макроцикл

Циклоперіод

Галактичний рік

(перший мега-

цикл)

Планетарний

ритм

Коливання сонячної активності

Період обертання лінії абсид відносно

точки рівнодення. Змінюється від 13

500 до 29 000 років, у середньому 21

000 років

Періодична зміна кута нахилу екліп-

тики в межах від 21,8 до 24,4°

Ексцентриситет земної орбіти зміню-

ється від 0,0 до 0,68

Результуючий період трьох поперед-

ніх ритмів. Виявляється на кривій

Миланковича

Утворюється внаслідок додавання

(інтеграції) трьох попередніх ритмів

Те саме

Космічний

цикл

Зміна сонячної сталої (за Епіком) і

полярності магнітного поля Землі.

Період 1,0—1,5 млн років, у серед-

ньому 1,38 млн років

Утворюється внаслідок додавання

двох попередніх циклів

«Сезонні» властивості простору су-

зір'я Геркулес

Обертання Сонячної системи навколо

сузір'я Геркулес

Збуренім з боку ядра

0,0019-0,00255

0,021-0,028

0,041-0,056

0,100-0,160

0,102-0,140

0,206—0,420

0,918-1,250

1,38-1,88

2,76-3,77

8,28-12,00

33,12-48,00

165,6-240

Відповідає великим орогенічним епохам: альпійській, герцинській, каледонській.

На думку автора цієї праці, наведені вище дані не залишають

сумніву в циклічності геологічних процесів, що відбуваються

на фоні спрямованого (необоротного) розвитку тектоносфе-

ри. Вони характеризуються набором циклів зі спектром періодів,

починаючи від одного земного року до галактичного і навіть до

кількох галактичних років.

163

Конкретні вияви циклічності в тектоніці, седиментогенезі,

магматизмі і метаморфізмі взаємозв'язані і, мабуть, є наслідком

однієї причини. Ця причина не може бути зумовлена внутрішнім

розвитком Землі, оскільки довелося б допустити надмірно склад-

но запрограмований механізм розвитку Землі. У кожному разі

поки що не відома тектонічна концепція, здатна пояснити обго-

ворювані закономірності. Разом з тим, сукупність даних про збі-

гання періодів геологічних процесів з астрономічними не залишає

сумніву в тому, що в тектонічному розвитку Землі беруть участь

сили взаємодії нашої планети з астрономічними об'єктами, що

оточують її. Не зупиняючись поки що на конкретному вираженні

цих сил та на їхній ролі в тектогенезі Землі, зазначимо, що без їх

урахування навряд чи можна створити реальну тектонічну конце-

пцію, яка б пояснювала всі закономірності, що спостерігаються.

Значний внесок у обгрунтування цього твердження зробили

Г.П. Тамразян [189], П.М. Кропоткін і Ю.О. Трапезников [95].

Цікаві такі запитання:

1) чи поширюється описана вище періодичність синхронно на

всю планету, чи вона простежується в окремих відносно великих

регіонах?

2) чи простежується зміна загального темпу руху земної кори

в геологічній історії?

Думки дослідників щодо першого запитання досить супереч-

ливі. Зокрема, Г. Штілле (1924 р.), що ввів поняття орогенезу

(складкогороутворення), дійшов висновку, що фази орогенезу

поширені по всій Землі і є повсюдно суворо синхронними.

€ відомості, що час виявлення великих орогенічних епох у

позаєвропейських і позаамериканських регіонах помітно відрі-

зняється від установленого в Європі і Північній Америці і що

часто він припадає на інтервали геологічного часу, які харак-

теризуються з обох боків Північної Атлантики відносно спо-

кійним розвитком з переважанням не підіймань, а занурень

[216, 244]. Ці та подібні факти навели О.Л. Яншина [244] на

думку про відсутність планетарних орогенічних епох. Виходячи

з уявлення про «ковзання» в часі виявів орогенезу в різних

регіонах, він вважає, що в історії розвитку Землі загалом не

було тектонічно спокійних епох, а отже, й епох підвищеної

інтенсивності тектонічних рухів.

В.Ю. Хаїн [216], який спеціально вивчав що проблему, дій-

шов такого висновку, який пояснює наведені вище протиріччя:

епохи інтенсивного тектогенезу мають глобальне поширення, але

їхнє відносне значення, ступінь і характер виявлення в різних

164

регіонах істотно відрізняються; глобальне значення мають тим

більше і цикли тектогенезу, вікові рамки яких, однак, у межах

різних регіонів можуть досить помітно відрізнятися внаслідок

зміщення стадій розвитку; водночас у планетарному масштабі

межі циклів займають певне положення завдяки статистичному

усередненню.

Доцільно навести твердження Г.Ф. Лунгерсгаузена [105],

який, стосовно протиріч в оцінках значень фаз тектогенезу, за-

значав, що йдеться не про сталість і витриманість масштабу

явищ. Великим фазам складчастості орогенних зон можуть відпо-

відати на платформах або в складчастих зонах іншого типу й віку

лише слабкі тектонічні посування, перерви у нагромадженні оса-

дів, розмиви, і нарешті, швидка трансгресія чи регресія моря,

взагалі явища, які за всієї своєї своєрідності й особливостей по-

рушують установлений хід геологічної еволюції даної ділянки й

утворюють відносно головних тектонічних фаз оротипічних зон

або оротипів суворо синхронний комплекс. До цього твердження

ми ще повернемось у наступному розділі.

Стосовно другого запитання, обмежимось порівнянням ін-

тенсивності сучасних рухів земної поверхні зі швидкостями

активного осадонагромадження під час утворення геосинклі-

налей у попередні геологічні епохи. Відомо [10], що макси-

мальні швидкості осадонагромадження в геосинкліналях харак-

теризуються частками міліметра за рік. У зв'язку з цим, на

перший погляд здаються парадоксальними швидкості сучасних

вертикальних рухів земної поверхні, що досягають декількох

міліметрів за рік, а іноді й таких, що перевищують сантиметр

за рік. Мабуть розгадку цього уявного протиріччя можна

знайти, проаналізувавши результати багаторазових нівелювань

земної поверхні і даних про зміну позначок рівнемірних пунк-

тів на узбережжях морів і океанів.

Як приклад розглянемо результати триразових нівелювань по

трасі Йиємяхтме — Йихві (Балтійський щит), виконаних у період

з 1934 по 1964 р. [69], наведені на рис. 58. Результати повторних

нівелювань характеризують зміщення реперів на два приблизно

однакові інтервали часу (14 і 16 років). Значення швидкостей на

рисунку не наведені, але їх легко можна обчислити.

Привертає увагу таке.

1. Простежується певна витриманість осереднених напрямків

обох графіків (на рис. 58 зображені штрих-пунктирними лініями),

що свідчить про загальний «перекіс» земної поверхні в районі,

що вивчається.

165

мм

1948-1934

•

км 0

1964-1948

--20

Рис. 58. Зміщення реперів траси Йиємяхтме—Йихві за період з 1934 по 1964 р.

2. Амплітуди вертикальних переміщень земної поверхні в різні

інтервали часу значно відрізняються між собою, що свідчить про

зміну швидкості і навіть напрямку руху блоків тектоносфери про-

тягом цих інтервалів. Отже, поряд із спрямованим переміщенням

блоків має місце накладена, досить високочастотна компонента,

період якої сумірний або менший, ніж інтервал часу, що вивча

ється.

3. З особливостей кривих зміщення реперів випливає висно-

вок про різко диференційований характер вертикальних рухів зем-

ної поверхні, що свідчить про «мікроблокову» будову верхньої ча-

стини тектоносфери, хоча йдеться про Балтійський щит.

Отримані внаслідок багаторазових нівелювань дані про

швидкості руху земної поверхні, аналогічні наведеним на рис. 58,

легко пояснюються, якщо допустити, що ці рухи є сукупністю

спрямованого переміщення, що характеризує сучасну тенден-

цію підіймання чи опускання системи блоків, яка вивчається,

з накладеними на нього змінними за знаком (можливо, циклі-

чними) компонентами руху, що характеризується спектром пе-

ріодів, які змінюються від одного року до, принаймні, десятків

років [197].

В.О. Матцкова [119] на основі аналізу 22 тис. км триразових

нівелювань і даних рівнемірних спостережень у п'ятдесяти пунк-

тах з інтервалами досліджень від 5 до 80 років дійшла висновку

про наявність періодичної складової вертикальних рухів земної

поверхні з півперіодом 18,6 року. Для виявлення більш високоча-

стотних складових рухів потрібні детальніші спостереження, а для

виявлення довгоперіодних компонент — спостереження більшої

тривалості.

166

На закінчення підкреслимо, що проблема циклічності геоло-

гічних процесів на Землі, що відбуваються на фоні спрямованого

її розвитку, взаємозв'язок цих процесів із зовнішніми астрономі-

чними явищами, яка не має задовільного пояснення з позицій

традиційних уявлень, стала третьою передумовою для створення

концепції, в якій істотну роль повинне відігравати зовнішнє

джерело сил тектогенезу. Добавимо до цього, що описана в розд. 2

циклічність зміни магнітного поля Землі і певний збіг періодів

цієї циклічності з періодами геологічної й астрономічної цикліч-

ності мимоволі наводить на думку про можливо єдиний механізм

тектогенезу і виникнення геомагнітного поля.

4.4. Нова модель геоізостазії

Форма нашої планети (геоїд) досить близька до фігури рівно-

ваги рідини, що обертається, рівновеликої маси (сфероїда), вмі-

щеної в окремі оболонки Землі. Сфероїд або теоретичний геоїд

мало відрізняється від сфери і характеризується величиною стис-

нення є = 1/298,25, що залежить від кутової швидкості і закону

розподілу мас всередині Землі. У цьому разі, як довів Л.С. Лейбен-

зон [101], закон розподілу щільності всередині Землі дуже мало

впливає на відхилення її форми від теоретичної, що відповідає

однорідній сфері при незмінній швидкості обертання і нерухомій

осі. Він довів таку теорему: яким би не був закон щільності, що

узгоджується з теорією Клеро, неоднорідність зменшує стиснення

пружної сфери, що обертається, порівняно з однорідною, також

не стисливою сферою, не менш ніж на 6,5 %, і, ймовірно, не

більш ніж на 14 %; у кожному разі не більш ніж на 20,5 %, що

цілком узгоджується з відомими даними.

Особливістю класичних моделей ізостазії є заміна в них рів-

новажного стану Землі на рівноважний стан земної кори. Ця

заміна відповідала рівню знань про будову нашої планети, ко-

ли земну кору уявляли такою, що «плаває» на магмі. Нині на-

громаджено фактичні дані, висновки з яких суперечать основ-

ним положенням концепції, що розглядається. Зупинимось на

деяких з них.

Виходячи з сучасних уявлень про будову Землі, не можна

вважати правомірною заміну її рівноважного стану на рівноваж-

ний стан земної кори. Ця заміна є штучним відокремленням од-

нієї частини планети від тісно пов'язаної з нею решти планети.

Під час вивчення рівноважного стану Землі її потрібно розгляда-

ти як єдину систему.

167

Прийняття першої тези незмінно спричинює прийняття дру-

гої, зміст якої полягає в такому. Доти, доки вирішувались окремі

геодезичні завдання на обмежених територіях чи вивчались особ-

ливості геологічної будови окремих районів, нехтування зміною

ротаційного режиму Землі деякою мірою можна було вважати ви-

правданим. Проте поставлене завдання вивчення рівноважного

стану планети загалом, яке визначається ротаційним режимом

Землі (положенням осі обертання, кутовою швидкістю тощо), не

враховувати його зміну, мабуть, не можна.

Введемо поняття рівноважного стану Землі загалом і назвемо

його геоізостазією. Геоізостазії повинен відповідати такий стан

Землі, якого вона б набула, якби субстрат, що її складає, в межах

кожної оболонки став рідким, не змішуючись. У цьому разі нашу

планету можна було б охарактеризувати сукупністю рівневих по-

верхонь, що є системою сфероїдів з коефіцієнтами стиснення, що

все зменшуються, у формуванні яких беруть участь маси всієї Зем-

лі, включаючи гідросферу й атмосферу. Суворо кажучи, в досяг-

ненні геоізостазії повинні брати участь й усі фізичні поля Землі.

Для практичних цілей істотне значення має сфероїд, що найближ-

че збігається з геоїдом.

Розглянемо умови досягнення геоізостазії. За умову рівноваги

Землі, еквівалентну закону Паскаля, що використовувався в кла-

сичних моделях ізостазії земної кори (літосфери), з урахуванням

мализни параметра є, можна прийняти рівність маси секторів Зем-

лі, вирізаних однаковими центральними тілесними кутами ДП

(рис. 59, а). Кількісно ця умова відповідає інтегральному виразу

[199, 279]

со

Ш.\<з{г)в(г)г

<іг = сопзї, (22)

де ст(г) — закон зміни щільності в межах сектора Землі, що

вивчається; §(г) — прискорення вільного падіння в точках сектора

на відстані г від центра Землі.

Вираз (22) можна подати також у вигляді трьох інтегралів

/, + /, + /

= сопзї, (23)

^ ^ 00

де І

= МІ 1<у(г)£(г)г

<іг, /

=да/ст(г)£(г)Л/г; /

=Мі\а{г)в{г)г

Ф\

од,-*

К/

—

внутрішній радіус мантії Землі; К

— зовнішній радіус мантії

Землі.

168