Длительное время в геологической науке господствовала гипотеза о неизменном положении континентов и океа­нов. Было принято считать, что те и другие возникли сотни миллионов лет назад и никогда не меняли своего положения. Лишь изредка, когда высота континентов существенно снижалась, а уровень Мирового океана повышался, морс наступало на низменности и затапли­вало их.

Среди геологов утвердилось мнение, что земная кора испытывает только медленное вертикальное перемеще­ние и благодаря этому создается наземный и подводный рельеф.

С мыслью, что «земная твердь» находится в беспре­станном вертикальном движении, за счет которого фор­мируется рельеф Земли, абсолютное большинство геоло­гов согласилось давно. Часто эти движения имеют боль­шую амплитуду и скорость и приводят к крупным ката­строфам, например землетрясениям. Однако имеются еще и очень медленные, не ощутимые даже самыми чувствительными приборами вертикальные движения с переменным знаком. Это так называемые колебательные движения. Только за очень продолжительный промежу­ток времени обнаруживается, что горные вершины вы­росли на несколько сантиметров, а речные долины углу­бились.

В конце XIX - начале XX в. некоторые естествоис­пытатели усомнились в справедливости этих предполо­жений и стали осторожно высказывать идеи о единстве материков в геологическом прошлом, в настоящее время разделенных обширными океанами. Эти ученые, как и многие люди прогрессивных взглядов, оказались в за­труднительном положении, поскольку их предположение было бездоказательно. Действительно, если вертикаль­ные колебания земной коры можно было объяснить какими-то внутренними силами (например, воздействием тепла Земли), то перемещение громадных континентов по земной поверхности сложно было представить.

ГИПОТЕЗА ВЕГЕНЕРА

В начале XX в. большую популярность среди естество­испытателей, благодаря трудам немецкого геофизика А. Вегенера, получила идея перемещения материков. Он провел многие годы в экспедициях и в ноябре 1930 г. (точная дата неизвестна) погиб на ледниках Гренлан­дии. Научный мир был потрясен известием о гибели А. Вегенера, находившегося в расцвете творческих сил. К этому времени достигла зенита популярность его идей о дрейфе материков. Многие геологи и геофизики, палеогеографы и биогеографы с интересом восприняли их, стали появляться талантливые работы, в которых развивались эти идеи.

Л. Вегенеру пришла мысль о возможном перемеще­нии материков, когда он внимательно рассматривал географическую карту мира. Его поразило удивительное сходство очертаний берегов Южной Америки и Африки. Позднее, А. Вегенер познакомился с палеонтологически­ми материалами, свидетельствующими о существовании некогда сухопутных связей между Бразилией и Афри­кой. В свою очередь, это послужило толчком к проведе­нию более детального анализа имеющихся геологических и палеонтологических данных и привело к твердому убеждению о правильности его предположения.

Преодолеть господство хорошо разработанной кон­цепции о неизменности положения материков, или ги­потезы фиксизма, остроумным, но чисто умозрительным предположением мобилистов, основанным пока только на сходстве конфигураций противоположных берегов Атлантического океана, в первое время было сложно. А. Вегенер считал, что он сможет убедить всех своих оппонентов в справедливости дрейфа материков лишь тогда, когда будут собраны веские доказательства, осно­ванные на обширном геологическом и палеонтологичес­ском материалах.

Для подтверждения дрейфа материков А. Вегенер и его сторонники приводили четыре группы независимых доказательств: геоморфологические, геологические, палеонтологические и палеоклиматические. Итак, все началось с определенного сходства береговых линий ма­териков, расположенных по обе стороны от Атланти­ческого океана, менее четкое совпадение имеют очерта­ния береговых линий материки, окружающие Индийский океан. А. Вегенер предположил, что около 250 млн. лет назад все материки были сгруппированы в единый ги­гантский суперматерик - Пангею. Этот суперматерик состоял из двух частей. На севере располагалась Лав­разия, которая объединяла Евразию (без Индии) и Северную Америку, а на юге - Гондвана, представлен­ная Южной Америкой, Африкой, Индостаном, Австра­лией и Антарктидой.

Реконструкция Пангеи была основана главным об­разом на геоморфологических данных. Они полностью подтверждаются сходством геологических разрезов от­дельных материков и ареалами развития определенных типов животного и растительного царств. Вся древняя флора и фауна южных гондванских материков образует единое сообщество. Многие наземные и пресноводные позвоночные, а также мелководные беспозвоночные формы, не способные активно перемещаться на большие расстояния и жившие как будто бы на разных матери­ках, оказались удивительно близкими и похожими друг на друга. Трудно представить, каким образом могла расселиться древняя флора, если бы материки были от­далены один от другого на такое же огромное расстоя­ние как в настоящее время.

Убедительные доказательства в пользу существова­ния Пангеи, Гондваны и Лавразии получены А. Вегенером после обобщения палеоклиматических данных. В то время уже было хорошо известно, что почти на всех южных материках обнаружены следы крупнейшего по­кровного оледенения, которое произошло около 280 млн. лет назад. Ледниковые образования в виде фрагментов древних морен (их называют тиллитами), остатков форм ледникового рельефа и следов движения ледника изве­стны в Южной Америке. (Бразилия, Аргентина), Южной Африке, Индии Австралии и Антарктиде. Трудно пред­ставить, как при современном положении материков могло возникнуть оледенение почти одновременно в столь удаленных друг от друга районах. Кроме того, большинство из перечисленных районов оледенения рас­полагаются в настоящее время в экваториальных ши­ротах.

Противники гипотезы дрейфа материков выставляли следующие аргументы. По их мнению, хотя все эти кон­тиненты в прошлом располагались в экваториальных и тропических широтах, они находились на значительно более высоком, чем в настоящее время, гипсометри­ческом положении, что обусловило появление в их пре­делах льда и снега. Ведь сейчас на горе Килиманджаро имеется многолетний снег и лед. Однако маловероятно, чтобы общая высота материков в то далекое время составляла 3500-4000 м. Для этого предположения нет никаких оснований, так как в этом случае материки под­вергались бы интенсивному размыву и на их обрамле­нии должны были скопиться толщи грубообломочного материала, подобные накоплениям в конечных бассей­нах стока горных рек. В действительности же на шельфе материков отлагались лишь тонкозернистые и хемоген­ные осадки.

Поэтому наиболее приемлемое объяснение этому уникальному явлению, т. е. нахождению в современной экваториальной и тропической областях Земли древних морен, состоит в том, что 260-280 млн. лет назад мате­рик Гондвана, состоящий из собранных воедино Юж­ной Америки, Индии, Африки, Австралии и Антарктиды, находился в высоких широтах, вблизи Южного геогра­фического полюса.

Противники гипотезы дрейфа не могли представить, каким образом материки перемещались на столь боль­шие расстояния. А. Вегенер объяснял это на примере движения айсбергов, которое осуществлялось под влия­нием центробежных сил, обусловленных вращением планеты.

Благодаря простоте и наглядности и, главное, убеди­тельности приводимых в защиту гипотезы дрейфа мате­риков фактов, она довольно быстро стала популярной. Однако вслед за успехом довольно скоро наступил кризис. Начало критическому отношению к гипотезе положили геофизики. Они получили большое число фак­тов и физических противоречий в цепи логических дока­зательств перемещения материков. Это им позволило доказывать неубедительность способа и причин дрейфа материков, и к началу 40-х годов эта гипотеза растеряла почти всех своих сторонников. К 50-м годам XXв. большинству геологов казалось, что гипотеза дрейфа материков должна быть окончательно оставлена и может рассматриваться лишь как один из исторических парадоксов науки, не получивших подтверждения и не выдержавший проверку временем.

ПАЛЕОМАГНЕТИЗМ И НЕОМОБИЛИЗМ

С середины XX в. ученые приступили к интенсивному исследованию рельефа и геологии океанического дна, его глубинных недр, а также физики, химии и биологии океанических вод. Морское дно стали прощупывать мно­гочисленными приборами. Расшифровывая записи сей­смографов и магнитометров, геофизики получали новые факты. Было установлено, что многие горные породы в процессе своего образования приобретали намагничен­ность по направлению существующего геомагнитного полюса. В большинстве случаев эта остаточная намаг­ниченность остается без изменения многие миллионы лет.

В настоящее время уже хорошо разработаны методи­ки отбора образцов и определения их намагниченности на специальных приборах - магнитометрах. Определяя направление намагниченности горных пород различного возраста, можно узнать, как менялось в каждом, кон­кретно взятом районе направление геомагнитного поля за тот или иной промежуток времени.

Изучение остаточной намагниченности горных пород привело к двум фундаментальным открытиям. Во-пер­вых, установлено, что в течение длительной истории Земли намагниченность менялась многократно - от нормальной, т. е. соответствующей современной, до об­ратной. Это открытие было подтверждено в начале 60-х годов нашего столетия. Оказалось, что ориентация на­магниченности четко зависит от времени и на основании этого были построены шкалы обращений магнитного поля.

Во-вторых, при изучении колонок лав, залегающих по обе стороны от срединно-океанических хребтов, обнару­жена определенная симметрия. Это явление получило название полосовой магнитной аномалии. Такие анома­лии симметрично располагаются по обе стороны от сре­динно-океанического хребта, и каждая их симметричная пара имеет один и тот же возраст. Причем последний закономерно увеличивается по мере удаления от оси срединно-океанического хребта в сторону материков. По­лосовые магнитные аномалии представляют собой как бы запись инверсий, т. е. изменений направления маг­нитного поля на гигантской «магнитной ленте».

Американский ученый Г. Хесс высказал предположе­ние, многократно подтвержденное впоследствии, что ча­стично расплавленное мантийное вещество поднимается на поверхность по трещинам и через рифтовые долины, расположенные в осевой части срединно-океанического хребта. Оно растекается в разные стороны от оси хреб­та и при этом как бы растаскивает, раскрывает океаническое дно (рис. 27). Мантийное вещество постепенно заполняет рифтовую трещину, застывает в ней, намаг­ничивается исходя из существующей магнитной поляр­ности, а затем, разрываясь примерно посередине, ото­двигается новой порцией расплава. На основании вре­мени инверсии и порядка чередования прямой и обрат­ной намагниченности определяется возраст океанов и расшифровывается история их развития.

Полосовые магнитные аномалии океанического дна оказались наиболее удобной информацией для восста­новления эпох полярности геомагнитного поля в геоло­гическом прошлом. Но имеется еще очень важное на­правление изучения магматических пород. Основываясь на остаточной намагниченности древних пород, удается определить направление палеомеридианов, а следовательно, и координаты Северного и Южного полюсов в ту или иную геологическую эпоху.

Первые определения положения древних полюсов показали, что чем древнее исследуемая эпоха, тем силь­нее отличается местонахождение магнитного полюса от современного. Однако главное заключается в том, что координаты полюсов, определенные по одновозрастным горным породам, для каждого в отдельности континен­та одинаковые, а для разных континентов имеют рас­хождение, которое увеличивается по мере углубления в далекое прошлое.

Одним из феноменов палеомагнитных исследований была несовместимость положения магнитных древних и современных полюсов. При попытке совместить их каж­дый раз требовалось передвигать континенты. Примеча­тельно, что при совмещении позднепалеозойских и ран­немезозойских магнитных полюсов с современными кон­тиненты сдвигались в единый огромный материк, очень похожий па Пангею.

Столь ошеломляющие результаты палеомагнитных исследований способствовали возвращению к гипотезе о дрейфе материков со стороны широких научных кругов. Английский геофизик Е. Буллард и его коллеги решили проверить исходную предпосылку дрейфа материков - сходство контуров материковых глыб, разобщенных в настоящее время Атлантическим океаном. Совмещение проводилось с помощью электронно-вычислительных ма­шин, но уже не по контуру береговых линий, как это делал А. Вегенер, а по изобате 1800 м, которая прохо­дит примерно посередине континентального склона. Контуры материков, расположенные по обоим краям Атлантики, на значительном протяжении совпали.

ТЕКТОНИКА ЛИТОСФЕРНЫХ ПЛИТ

Открытия первичной намагниченности, полюсов маг­нитных аномалий с переменным знаком, симметричных осям срединно-океанических хребтов, изменение поло­жения магнитных полюсов со временем и целый ряд других открытий привели к возрождению гипотезы дрейфа материков.

Представление о расширении дна океанов от осей срединно-океанических хребтов к периферии получило многократное подтверждение, особенно после глубоководного бурения. Большой вклад в развитие идей моби­лизма (дрейфа материков) внесли сейсмологи. Их ис­следования позволили уточнить картину распределения зон сейсмической активности на земной поверхности. Оказалось, что эти зоны довольно узкие, но протяжен­ные. Они приурочены к окраинам материков, островным дугам, а также к срединно-океаническим хребтам.

Возрожденная гипотеза дрейфа материков получила название тектоники литосферных плит. Эти плиты мед­ленно перемещаются по поверхности нашей планеты. Их толщина иногда достигает 100-120 км, но чаще соста­вляет 80-90 км. Литосферных плит на Земле немного (рис. 28) - восемь крупных и около полутора десятков мелких. Последние часто называют микроплитами. Две крупные плиты расположены в пределах Тихого океана и представлены тонкой и легко проницаемой океани­ческой корой. Антарктическая, Индо-Австралийская, Африканская, Северо-Американская, Южно-Амери­канская и Евразийская литосферные плиты обладают корой континентального типа. Они имеют различные края (границы). В тех случаях, когда плиты расходят­ся, их края называют дивергентными. Поскольку они расходятся, в образующуюся трещину (рифтовую зону) поступает мантийное вещество. Оно застывает на по­верхности дна и наращивает океаническую кору. Новые порции мантийного вещества расширяют рифтовую зо­ну, что заставляет двигаться литосферные плиты. На месте их раздвига образуется океан, размеры которого все время увеличиваются. Этот тип границ фиксируется современными океаническими рифтовыми трещинами вдоль осей срединно-океанических хребтов.

Когда литосферные плиты сходятся, их границы но­сят название конвергентных. В зоне сближения происхо­дят сложные процессы. Можно выделить два главных. В случае, когда океаническая плита сталкивается с дру­гой океанической или континентальной, она погружает­ся в мантию. Процесс этот сопровождается коробле­нием и разламыванием. В зоне погружения возникают глубокофокусные землетрясения. Именно в этих местах располагаются зоны Заварицкого - Беньоффа.

Океаническая плита поступает в мантию и там ча­стично переплавляется. При этом наиболее легкие ее компоненты, расплавляясь, вновь поднимаются на по­верхность в виде вулканических извержений. Именно такую природу имеет Тихоокеанское огненное кольцо. Тяжелые компоненты медленно погружаются в мантию и могут опускаться вплоть до границ ядра.

В случае, когда сталкиваются две континентальные литосферные плиты, возникает эффект типа торошения. Его мы многократно наблюдаем во время ледохода, при этом льдины сталкиваются и раздрабливаются, надви­гаясь друг на друга. Земная кора континентов значи­тельно легче, чем мантия, поэтому плиты не погружаются в мантию. При столкновении они сжимаются и на их краях возникают крупные горные сооружения.

Многочисленные и многолетние наблюдения позволи­ли геофизикам установить средние скорости перемеще­ния литосферных плит. В пределах Альпийско-Гималай­ского пояса сжатия, который образовался в результа­те столкновения Африканской и Индостанской плит с Евразийской, скорости сближения составляют от 0,5 см/год в районе Гибралтара до 6 см/год в районах Памира и Гималаев.

В настоящее время Европа «отплывает» от Северной Америки со скоростью до 5 см/год. Однако Австралия «уходит» от Антарктиды с максимальной скоростью - в среднем 14 см/год.

Наиболее высокими скоростями перемещения обла­дают океанические литосферные плиты - их скорость в 3-7 раз выше скорости континентальных литосферных плит. Самой «быстрой» является Тихоокеанская плита, а самой «медленной» - Евразийская.

МЕХАНИЗМ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЛИТОСФЕРНЫХ ПЛИТ

Сложно вообразить, что обширные и массивные матери­ки могут медленно перемещаться. Еще труднее ответить на вопрос, почему они перемещаются? Земная кора представляет охлажденную и полностью раскристалли­зованную массу. Снизу она подстилается частично рас­плавленной астеносферой. Легко предположить, что литосферные плиты возникли при остывании частично расплавленного вещества астеносферы аналогично про­цессу образования льда в водоемах в зимний период. Однако разница заключается в том, что лед легче воды, а раскристаллизованные силикаты литосферы тяжелее своего расплава.

Каким же образом формируются океанические лито­сферные плиты?

В пространство между ними поднимается горячее и частично расплавленное вещество астеносферы, которое, попадая на поверхность океанического дна, охлаждается и, кристаллизуясь, превращается в породы литосферы (рис. 29). Образовавшиеся ранее участки литосферы как бы «промерзают» еще сильнее и раскалываются трещи­нами. Новая порция горячего вещества поступает в эти трещины и, застывая, увеличиваясь в объеме, раздвигает их. Процесс многократно повторяется.

Породы литосферы тяжелее подстилающего горячего вещества астеносферы и, следовательно, чем она толще, тем глубже опускается, или проседает, в мантию. Поче­му же литосферные плиты, если они тяжелее вещества расплавленной мантии, не тонут в ней? Ответ довольно прост. Они не тонут потому, что к тяжелой мантийной части континентальных плит сверху «припаяна» легкая земная кора, выполняющая роль поплавка. Поэтому средняя плотность пород континентальных плит всегда меньше средней плотности горячего вещества мантии.

Океанические же плиты тяжелее мантии, и поэтому они рано или поздно погружаются в мантию и тонут под более легкими континентальными плитами.

Довольно длительное время океаническая литосфера, подобно гигантским «расплющенным блюдцам», удер­живается на поверхности. В соответствии с законом Ар­химеда масса вытесненной из-под них астеносферы рав­на массе самих плит и заполняющих литосферные по­нижения воды. Возникает существующая длительное время плавучесть. Однако долго так продолжаться не может. Целостность «блюдца» временами нарушается в местах возникновения избыточных напряжений, при­чем они тем сильнее, чем глубже погружаются плиты в мантию, а следовательно, чем они древнее. Вероятно, в литосферных плитах, имевших возраст древнее 150 млн. лет, возникали напряжения, намного превышающие предел прочности самой литосферы, они раскалывались и погружались в горячую мантию.

ГЛОБАЛЬНЫЕ РЕКОНСТРУКЦИИ

На основании изучения остаточной намагниченности горных пород континентов и океанического дна устана­вливаются положение полюсов и широтная зональность в геологическом прошлом. Палеошироты, как правило, не совпадают с современными географическими широ­тами, и эта разница все сильнее увеличивается по мере удаления от настоящего времени.

Совокупное использование геофизических (палеомаг­нитных и сейсмических), геологических, палеогеографи­ческих и палеоклиматических данных позволяет осуще­ствить реконструкции положения материков и океанов для различных отрезков времени геологического прош­лого. В этих исследованиях принимают участие многие специалисты: геологи, палеонтологи, палеоклиматоло­ги, геофизики, а также специалисты по вычислительной технике, поскольку не сами расчеты векторов остаточ­ной намагниченности, а интерпретация их немыслима без применения ЭВМ. Реконструкции осуществлялись независимо друг от друга советскими, канадскими и американскими учеными.

На протяжении почти всего палеозоя южные мате­рики были объединены в единый огромный континент Гондвану. Нет никаких достоверных свидетельств суще­ствования в палеозое Южной Атлантики и Индийско­го океана.

В начале кембрийского периода, примерно 550- 540 млн. лет назад, наиболее крупным материком яв­лялась Гондвана. Ей противостояли в северном полуша­рии разобщенные материки (Северо-Американский, Восточно-Европейский и Сибирский), а также и неболь­шое число микроконтннентов. Между Сибирским и Во­сточно-Европейским континентами, с одной стороны, и Гондваной, с другой, располагался Палеоазиатский океан, а между Севсро-Американским материком и Гонд­ваной находился палео-Атлантичсский океан. Кроме них, в то далекое время существовало обширное океаничес­кое пространство - аналог современного Тихого океана.

Конец ордовика, около 450-480 млн. лет назад, характеризовался сближением континентов в северном полушарии. Их столкновения с островными дугами при­водили к наращиванию окраинных частей Сибирской и Северо-Американской суши. Палеоазиатский и палео-Атлантический океаны начинают сокращаться в разме­рах. Через некоторое время на этом месте возникает новый океан - Палеотетис. Он занимал территорию со­временной Южной Монголии, Тянь-Шаня, Кавказа, Турции, Балкан. Новый водный бассейн возник и на месте современного Уральского хребта. Ширина Ураль­ского океана превышала 1500 км. Согласно палеомаг­нитным определениям, Южный полюс в это время нахо­дился в северо-западной части Африки.

В первой половине девонского периода, 370-390 млн. лет назад, материки начинали объединяться: Северо-Американский с Западной Европой, в результате чего возник, правда не надолго, новый материк - Еврамери­ка. Современные горные сооружения Аппалачей и Скандинавии образовались за счет столкновения этих континентов. Палеотетис несколько сократился в раз­мерах. На месте Уральского и Палеоазиатского океанов сохранялись небольшие реликтовые бассейны. Южный полюс находился в районе нынешней Аргентины.

Значительная часть Северной Америки располага­лась в южном полушарии. В тропических и экваториаль­ных широтах находились Сибирский, Китайский, Авст­ралийский континенты и восточная часть Еврамерики.

Ранний карбон, примерно 320-340 млн. лет назад, характеризовался продолжающимся сближением конти­нентов (рис. 30). В местах их столкновения возникли складчатые области и горные сооружения - Урал, Тянь-Шань, горные массивы Южной Монголии и Западного Китая, Салаир и др. Возникает новый океан Палеоте­тис II (Палеотетис второй генерации). Он отделял Ки­тайский континент от Сибирского и Казахстанского.

В середине каменноугольного периода значительная часть Гондваны оказалась в полярном районе южного полушария, что привело к одному из величайших в истории Земли оледенений.

Поздний карбон - начало пермского периода, 290-270 млн. лет назад, ознаменовался объединением материков в гигантскую континентальную глыбу - су­перматерик Пангею (рис. 31). Он состоял из Гондваны на юге и Лавразии на севере. Лишь Китайский конти­нент отделялся океаном Палеотетис II от Пангеи.

Во второй половине триасового периода, 200- 220 млн. лет назад, хотя расположение континентов было примерно таким же, как и в конце палеозоя, тем не менее произошли изменения в очертаниях континентов и океанов (рис. 32). Китайский континент соединился с Евразией, прекратил существование Палеотетис II. Однако почти одновременно возник и начал усиленно расширяться новый океанический бассейн - Тетис. Он отделил Гондвану от Евразии. Внутри его сохранились изолированные микроконтиненты - Индокитайский, Иранский, Родопский, Закавказский и др.

Возникновение нового океана было обусловлено дальнейшим развитием литосферы - распадом Пангеи и разделением всех известных в настоящее время мате­риков. В начале раскололась Лавразия - в районе со­временного Атлантического и Северного Ледовитого океанов. Затем отдельные ее части стали отодвигаться друг от друга и тем самым освободили место для Се­верной Атлантики.

Позднеюрская эпоха, около 140-160 млн. лет на­зад,- это время дробления Гондваны (рис. 33). На месте раскола возникли Атлантический океанический бассейн и срединно-океаничёские хребты. Продолжал развиваться океан Тетис, на севере которого распола­галась система островных дуг. Они находились на месте современного Малого Кавказа, Эльбурса и гор Афгани­стана и отделяли от океана окраинные моря.

В течение позднеюрского и мелового времени осу­ществлялось перемещение континентов в широтном на­правлении. Возникли Лабрадорское море и Бискайский залив, Индостан и Мадагаскар отделились от Африки. Между Африкой и Мадагаскаром появился пролив. Длительное путешествие Индостанской плиты заверши­лось в конце палеогена столкновением с Азией. Здесь и образовались гигантские горные сооружения - Ги­малаи.

Океан Тетис начинал последовательно сокращаться и замыкаться, главным образом за счет сближения Африки и Евразии. На его северной окраине возникала цепь вулканических островных дуг. Аналогичный вул­канический пояс сформировался и на восточной окраине Азии. В конце мелового периода Северная Америка и Евразия соединились в районе Чукотки и Аляски.

В течение кайнозоя полностью замкнулся океан Тетис, реликтом которого сейчас является Средиземное море. Столкновение Африки с Европой привело к обра­зованию Альпийско-Кавказской горной системы. Кон­тиненты начали постепенно сходиться в северном полу­шарии и расходиться в стороны в южном, распадаясь на отдельные изолированные блоки и массивы.

Сравнивая положения континентов в отдельные геологические периоды, мы приходим к мысли, что в развитии Земли существовали крупные циклы, на про­тяжении которых материки то сходились воедино, то расходились в разные стороны. Продолжительность каж­дого такого цикла составляет не менее 600 млн. лет. Есть основания считать, что образование Пангеи и ее распад не были единичными моментами в истории нашей планеты. Подобный супергигантский материк возник и в глубокой древности примерно 1 млрд. лет назад.

ГЕОСИНКЛИНАЛИ - СКЛАДЧАТЫЕ ГОРНЫЕ СИСТЕМЫ

В горах мы восхищаемся открывающейся красочной панорамой, поражаемся безграничными созидательными и разрушительными силами природы. Величественно стоят седые горные вершины, огромные ледники языка­ми спускаются в долины, в глубоких каньонах бурлят горные реки. Нас удивляют не только дикая красота горных областей, но и те факты, о которых мы слышим от геологов, а они утверждают, что на месте обширных горных сооружений в далеком прошлом находились необозримые морские просторы.

Когда Леонардо да Винчи обнаружил высоко в го­рах остатки раковин морских моллюсков, он сделал правильный вывод о существовании там в древности моря, но ему тогда мало кто поверил. Каким же обра­зом в горах на высоте 2-3 тыс. м могло оказаться мо­ре? Не одно поколение ученых-естествоиспытателей при­ложило большие усилия для того, чтобы доказать ве­роятность такого, казалось бы, небывалого случая.

Великий итальянец был прав. Поверхность нашей планеты все время находится в, движении - горизон­тальном или вертикальном. При ее опускании в истории Земли неоднократно случались грандиозные трансгрес­сии, когда свыше 40% современной поверхности суши­покрывалось морем. При восходящем движении земной коры высота материков увеличивалась и море отступа­ло. Происходила так называемая регрессия моря. Но каким же образом образовались грандиозные горные сооружения и обширные горные массивы?

Длительное время в геологии господствовали идеи о преобладании вертикальных движений. В связи с этим существовало мнение, что благодаря таким дви­жениям и образовались горы. Большинство горных сооружений земного шара сосредоточено в определен­ных поясах протяженностью в тысячи километров и шириной в несколько десятков или даже первых сотен километров. Для них характерны интенсивная складча­тость, проявления разнообразных разрывов, интрузий магматических пород, даек, секущих толщи осадочных и метаморфических пород. Непрерывное медленное воз­дымание, сопровождающееся эрозионными процессами, формируют рельеф горных сооружений.

Горные области Аппалачей, Кордильер, Урала, Алтая, Тянь-Шаня, Гиндукуша, Памира, Гималаев, Альп, Кавказа - это складчатые системы, которые образова­лись в различные периоды геологического прошлого в эпохи тектонической и магматической активности. Для этих горных систем типична огромная мощность нако­пившихся осадочных образований, часто превышающая 10 км, что в десятки раз больше мощности аналогич­ных пород в пределах равнинной, платформенной части.

Открытие необычайно мощных толщ осадочных пород, смятых в складки, пронизанных интрузиями и дайками магматических пород, к тому же имеющих большую протяженность при сравнительно небольшой ширине, привело к созданию в середине XIX в. геосинклиналь­ной теории формирования гор. Протяженная область мощных осадочных толщ, со временем превращающаяся в горную систему, получила название геосинклинали. В противоположность ей устойчивые участки земной коры с небольшой мощностью осадочных пород называют платформами.

Почти все горные системы земного шара, обладающие складчатостью, разрывами и магматизмом, - это древние геосинклинали, расположенные на краях континен­тов. Несмотря на огромную мощность, абсолютное боль­шинство осадков имеют мелководное происхождение. Нередко на поверхностях напластований встречаются отпечатки знаков ряби, остатки мелководных донных животных и даже трещины усыхания. Большая мощность отложений свидетельствует о значительном и при этом достаточно быстром погружении земной коры. Наряду с типично мелководными осадками встречаются и глу­боководные (например, радиоляриты и тонкозернистые осадки со своеобразной слоистостью и текстурами).

Геосинклинальные системы изучаются в течение целого столетия и благодаря трудам многих поколений ученых разработана, казалось бы, стройная система по­следовательности их возникновения и эволюции. Един­ственным необъяснимым фактом до сих пор остается отсутствие современного аналога геосинклинали. Что можно считать современной геосинклиналью? Окраин­ное море или весь океан?

Однако с развитием концепции тектоники литосфер­ных плит геосинклинальная теория претерпела некото­рые изменения и было найдено место геосинклиналь­ных систем в периоды растяжения, перемещения и столкновения литосферных плит.

Каким же образом происходило развитие складчатых систем? На тектонически активных окраинах континен­тов располагались протяженные области, испытывающие медленное погружение. В окраинных морях накаплива­лись отложения мощностью от 6 до 20 км. Одновремен­но с ними здесь формировались вулканические образо­вания в виде магматических интрузий, даек и лавовых покровов. Осадконакопление длилось десятки, а иногда даже и сотни миллионов лет.

Затем в орогенный этап происходили медленная де­формация и преобразование геосинклинальной системы. Ее площадь сократилась, она как бы сплющилась. Возникли складки и разрывы, а также интрузии рас­плавленных магматических пород. В процессе дефор­мации произошло смещение глубоководных и мелковод­ных осадков и при высоких давлениях и температурах они подвергались метаморфизму.

В это время происходило воздымание, море полностью покидает территорию и образовались горные хребты и массивы. Последующие процессы размыва горных пород, транспортировки и накопления обломочных осадков привели в конце концов к тому, что эти горы постепен­но разрушались вплоть до отметок, близких к уровню моря. К такому же результату приводило и медленное погружение складчатых систем, находящихся на краях континентальной плиты.

В процессе формирования геосинклинальных систем принимают участие не только горизонтальные переме­щения, но и вертикальные, осуществляемые главным образом в результате медленного движения литосфер­ных плит. В случае, когда одна плита погружалась под другую, мощные осадки геосинклиналей в пределах окраинных морей, островных дуг и глубоководных же­лобов подвергались активному воздействию высоких температур и давления. Области погружения плиты носят название зон субдукции. Здесь породы опускают­ся в мантию, расплавляются и перерабатываются. Для этой зоны характерны сильнейшие землетрясения и вулканизм.

Там, где давление и температура были не столь вы­соки, происходило смятие горных пород в систему скла­док, а в местах наибольшей твердости пород их сплош­ность нарушалась разрывами и перемещениями отдель­ных блоков.

В областях сближения, а затем сталкивания конти­нентальных литосферных плит ширина геосинклиналь­ной системы сильно уменьшалась. Одни части ее опус­кались глубоко в мантию, а другие, наоборот, надвига­лись на ближайшую плиту. Выжатые из глубины и смятые в складки осадочные и метаморфические обра­зования многократно наслаиваясь друг на друга в виде гигантских чешуи, и в конце концов возникли горные массивы. Например, Гималаи образовались в результа­те столкновения двух больших литосферных плит - Ин­достанской и Евроазиатской. Горные системы южной Европы и Северной Африки, Крым, Кавказ, горные области Турции, Иран, Афганистан в основном сфор­мировались в результате столкновения Африканской и Евроазиатской плит. Аналогичным образом, но в более древнее время возникли Уральские горы, Кордильеры, Аппалачи и другие горные области.

ИСТОРИЯ СРЕДИЗЕМНОГО МОРЯ

Моря и океаны формировались длительное время, пока не приобрели современный вид. Из истории развития морских бассейнов особый интерес представляет эволю­ция Средиземного моря. Вокруг него возникли первые цивилизованные государства, а история народов, насе­лявших его побережье, хорошо известна. Но нам при­дется начать свое описание за много миллионов лет до появления здесь первого человека.

В глубокой древности, почти 200 млн. лет назад, на месте современного Средиземного моря существовал широкий и глубокий океан Тетис, Африка от Европы в то время отстояла на несколько тысяч километров. В океане находились крупные и мелкие архипелаги остро­вов. Эти всем хорошо известные области, в настоящее время расположенные в Южной Европе, на Ближнем и Среднем Востоке - Иран, Турция, Синайский полуост­ров, Родопский, Апулийский, Татрский массивы, Южная Испания, Калабрия, Мезета, Канарские острова, Кор­сика, Сардиния, находились далеко к югу от современ­ного их местоположения.

В мезозое между Африкой и Северной Америкой воз­ник разлом. Он отделил от Африки Родопо-Турецкий массив и Иран, и по нему внедрялась базальтовая магма, формировалась океаническая литосфера и происходило раздвижение земной коры, или спрединг. Океан Тетис располагался в тропической области Земли и прости­рался от современного Атлантического океана через Индийский (последний составлял его часть) до Тихого. Максимальной широты Тетис достиг примерно 100- 120 млн. лет назад, а затем началось его последователь­ное сокращение. Медленно Африканская литосферная плита сближалась с Евроазиатской. Около 50-60 млн. лет назад от Африки отделилась Индия и начала свой беспримерный дрейф к северу, пока не столкнулась с Евразией. Размеры океана Тетис постепенно сокраща­лись. Всего 20 млн. лет назад на месте обширного океа­на остались окраинные моря - Средиземное, Черное и Каспийское, размеры которых, однако, намного превы­шали современные. Не менее масштабные события про­исходили в последующее время.

В начале 70-х годов нашего столетия в Средиземном море под слоем рыхлых осадков мощностью в, несколько сот метров были обнаружены эвапориты - разнообраз­ные каменные соли, гипсы и ангидриты. Они образова­лись путем усиленного испарения воды около 6 млн. лет назад. Но неужели Средиземное море могло высохнуть? Именно такая гипотеза была высказана и поддерживает­ся многими геологами. Предполагается, что 6 млн. лет назад Гибралтарский пролив закрылся и примерно через тысячу лет Средиземное море превратилось в огромную котловину глубиной 2-3 км с мелкими пересыхающими солеными озерами. Дно моря покрывалось слоем за­твердевшего доломитового ила, гипса и каменной соли. Геологи установили, что Гибралтарский пролив пе­риодически открывался и вода через него из Атланти­ческого океана попадала на дно Средиземного моря. При открытии Гибралтара атлантические воды низвер­гались в виде водопада, который по крайней мере в 15-20 раз превышал расход крупнейшего водопада Виктория на р. Замбези в Африке (200 км 3 /год). Закры­тие и открытие Гибралтара происходило не менее 11 раз, и это обеспечило накопление толщи эвапоритов мощ­ностью около 2 км.

В периоды осушения Средиземного моря на крутых склонах его глубокой котловины стекавшие с суши реки прорезывали протяженные и глубокие каньоны. Один из таких каньонов обнаружен и прослежен на расстоя­нии около 250 км от современной дельты р. Рона ho материковому склону. Он заполнен очень молодыми, плиоценовыми осадками. Другим примером такого каньона является подводное продолжение р. Нила в ви­де заполненного осадками каньона, прослеженного на расстоянии 1200 км от дельты.

Во время потери связи Средиземного моря с откры­тым океаном на его месте располагался своеобразный сильно опресненный бассейн, остатками которого в на­стоящее время являются Черное и Каспийское моря. Этот пресноводный, а временами и засолоненный бас­сейн простирался от Центральной Европы до Урала и Аральского моря и назван Паратетисом.

Зная положение полюсов и скорости современного перемещения литосферных плит, скорости раздвижения и поглощения океанического дна, можно наметить путь движения континентов в будущем и представить их положение на какой-то отрезок времени.

Такой прогноз был сделан американскими геологами Р. Дитцем и Дж. Холденом. Через 50 млн. лет, по их предположениям, Атлантический и Индийский океаны разрастутся за счет Тихого, Африка сместится на север и благодаря этому постепенно ликвидируется Средизем­ное море. Гибралтарский пролив исчезнет, а «повер­нувшаяся» Испания закроет Бискайский залив. Африка будет расколота великими африканскими разломами и восточная ее часть сместится на северо-восток. Красное море настолько расширится, что отделит Синайский полуостров от Африки, Аравия переместится на северо-восток и закроет Персидский залив. Индия всесильнее будет надвигаться на Азию, а значит, Гималайские горы будут расти. Калифорния по разлому Сан-Андреас отделится от Северной Америки, и на этом месте начнет формироваться новый океанический бассейн. Значитель­ные изменения произойдут в южном полушарии. Австра­лия пересечет экватор и придет в соприкосновение с Евразией. Этот прогноз требует значительного уточне­ния. Многое здесь еще остается дискуссионным и не­ясным.

На прошлой неделе публику всколыхнула новость, что полуостров Крым движется в сторону России не только благодаря политической воле населения, но и согласно законам природы. Что такое литосферные плиты и на каких из них территориально расположена Россия? Что заставляет их двигаться и куда? Какие территории хотят ещё "присоединиться" к России, а какие угрожают "убежать" в США?

"А мы куда-то едем"

Да, мы все куда-то едем. Пока вы читаете эти строки, вы медленно двигаетесь: если вы в Евразии, то на восток со скоростью примерно 2-3 сантиметра в год, если в Северной Америке, то с той же скоростью на запад, а если где-то на дне Тихого океана (как вас туда занесло?), то уносит на северо-запад на 10 сантиметров в год.

Если вы откинетесь в кресле и подождёте примерно 250 миллионов лет, то окажетесь на новом суперконтиненте, который объединит всю земную сушу, - на материке Пангея Ультима, названном так в память о древнем суперконтиненте Пангея, существовавшем как раз 250 миллионов лет назад.

Поэтому известие о том, что "Крым движется", вряд ли можно назвать новостью. Во-первых, потому, что Крым вместе с Россией, Украиной, Сибирью и Евросоюзом является частью Евразийской литосферной плиты, и все они движутся вместе в одну сторону последнюю сотню миллионов лет. Однако Крым - это ещё и часть так называемого Средиземноморского подвижного пояса, он расположен на Скифской плите, а большая часть европейской части России (включая город Санкт-Петербург) - на Восточно-Европейской платформе.

И вот здесь часто возникает путаница. Дело в том, что помимо огромных участков литосферы, таких как Евразийская или Северо-Американская плиты, существуют и совершенно иные "плитки" поменьше. Если очень условно, то земная кора составлена из континентальных литосферных плит. Сами они состоят из древних и очень стабильных платформ и зон горообразования (древних и современных). А уже сами платформы делятся на плиты – более мелкие участки коры, состоящие из двух "слоёв" - фундамента и чехла, и щиты -"однослойные" обнажения.

Чехол у этих нелитосферных плит состоит из осадочных пород (например, известняка, сложенного из множества ракушек морских животных, обитавших в доисторическом океане над поверхностью Крыма) или магматических (выброшенных из вулканов и застывших масс лавы). А ф ундамент плит и щиты чаще всего состоят из очень старых горных пород, главным образом метаморфического происхождения. Так называют магматические и осадочные породы, погрузившиеся в глубины земной коры, где под воздействием высоких температур и огромного давления с ними происходят разнообразные изменения.

Иными словами, большая часть России (за исключением Чукотки и Забайкалья) располагается на Евразийской литосферной плите. Однако её территория "поделена" между Западно-Сибирской плитой, Алданским щитом, Сибирской и Восточно-Европейской платформами и Скифской плитой.

Вероятно, о движении двух последних плит и заявил директор Института прикладной астрономии (ИПА РАН), доктор физико-математических наук Александр Ипатов . А позднее, в интервью изданию Indicator, уточнил: "Мы занимаемся наблюдениями, которые позволяют определить направление движения плит земной коры. Плита, на которой расположена станция Симеиз, движется со скоростью 29 миллиметров в год на северо-восток, то есть туда, где Россия. А плита, где находится Питер, движется, можно сказать, к Ирану, к югу-юго-западу". Впрочем, и это не является таким уж открытием, потому что об этом движении уже несколько десятков лет, а само оно началось ещё в кайнозойскую эру.

Теория Вегенера была принята со скепсисом - в основном потому, что он не мог предложить удовлетворительного механизма, объясняющего движение материков. Он считал, что континенты двигаются, проламывая земную кору, словно ледоколы лёд, благодаря центробежной силе от вращения Земли и приливных сил. Его оппоненты говорили, что континенты-"ледоколы" в процессе движения меняли бы свой облик до неузнаваемости, а центробежные и приливные силы слишком слабы, чтобы служить для них "мотором". Один из критиков подсчитал, что, будь приливное воздействие таким сильным, чтобы настолько быстро двигать континенты (Вегенер оценивал их скорость в 250 сантиметров в год), оно остановило бы вращение Земли меньше чем за год .

К концу 1930-х годов теория дрейфа континента была отвергнута как антинаучная, но к середине XX века к ней пришлось вернуться: были открыты срединно-океанические хребты и оказалось, что в зоне этих хребтов непрерывно образуется новая кора, благодаря чему и "разъезжаются" континенты. Геофизики исследовали намагниченность пород вдоль срединно-океанических хребтов и обнаружили "полосы" с разнонаправленной намагниченностью.

Оказалось, что новая океаническая кора "записывает" состояние магнитного поля Земли в момент образования, и учёные получили отличную "линейку" для измерения скорости этого конвейера. Так, в 1960-е годы теория дрейфа континентов вернулась во второй раз, уже окончательно. И на этот раз учёные смогли понять, что же двигает континенты.

"Льдины" в кипящем океане

"Представьте себе океан, где плавают льдины, то есть в нём есть вода, есть лёд и, допустим, в некоторые льдины вморожены ещё деревянные плоты. Лёд - это литосферные плиты, плоты - это континенты, а плавают они в веществе мантии", -объясняет член-корреспондент РАН Валерий Трубицын, главный научный сотрудник Института физики Земли имени О.Ю. Шмидта.

Он ещё в 1960-е годы выдвинул теорию строения планет-гигантов, а в конце XX века начал создавать математически обоснованную теорию тектоники континентов .

Промежуточный слой между литосферой и горячим железным ядром в центре Земли - мантия - состоит из силикатных пород. Температура в ней меняется от 500 градусов Цельсия в верхней части до 4000 градусов Цельсия на границе ядра. Поэтому с глубины 100 километров, где температура уже более 1300 градусов, вещество мантии ведёт себя как очень густая смола и течёт со скоростью 5-10 сантиметров в год, рассказывает Трубицын.

В результате в мантии, как в кастрюле с кипятком, возникают конвективные ячейки - области, где с одного края горячее вещество поднимается вверх, а с другого - остывшее опускается вниз.

"В мантии есть примерно восемь таких больших ячеек и ещё много мелких", -говорит учёный. Срединно-океанические хребты (например, в центре Атлантики) - это место, где вещество мантии поднимается к поверхности и где рождается новая кора. Кроме того, есть зоны субдукции, места, где плита начинает "подползать" под соседнюю и опускается вниз, в мантию. Зоны субдукции - это, например, западное побережье Южной Америки. Здесь происходят самые мощные землетрясения.

"Таким образом плиты принимают участие в конвективном кругообороте вещества мантии, которое во время нахождения на поверхности временно становится твёрдым. Погружаясь в мантию, вещество плиты снова нагревается и размягчается", - объясняет геофизик.

Кроме того, из мантии к поверхности поднимаются отдельные струи вещества - плюмы, и у этих струй есть все шансы уничтожить человечество. Ведь именно мантийные плюмы являются причиной появления супервулканов (см. ) Такие точки никак не связаны с литосферными плитами и могут оставаться на месте даже при движении плит. При выходе плюма возникает гигантский вулкан. Таких вулканов много, они есть на Гавайях, в Исландии, сходным примером является Йеллоустоунская кальдера. Супервулканы могут порождать извержения в тысячи раз мощнее, чем большинство обычных вулканов типа Везувия или Этны.

"250 миллионов лет назад такой вулкан на территории современной Сибири убил почти всё живое, выжили только предки динозавров", - говорит Трубицын.

Сошлись - разошлись

Литосферные плиты состоят из относительно тяжёлой и тонкой базальтовой океанической коры и более лёгких, но зато значительно более "толстых" континентов. Плита с континентом и "намороженной" вокруг него океанической корой может идти вперёд, при этом тяжёлая океаническая кора погружается под соседа. Но, когда сталкиваются континенты, они уже не могут погружаться друг под друга.

Например, примерно 60 миллионов лет назад Индийская плита оторвалась от того, что потом стало Африкой, и отправилась на север, а примерно 45 миллионов лет назад встретилась с Евразийской плитой, в месте столкновения выросли Гималаи - самые высокие горы на Земле.

Движение плит рано или поздно сведёт все континенты в один, как сходятся в один остров листья в водовороте. В истории Земли континенты примерно четыре-шесть раз объединялись и распадались. Последний суперконтинент Пангея существовал 250 миллионов лет назад, до него был суперконтинент Родиния, 900 миллионов лет назад, до него - ещё два. "И уже, похоже, скоро начнётся объединение нового континента", - уточняет учёный.

Он объясняет, что континенты работают как тепловой изолятор, мантия под ними начинает разогреваться, возникают восходящие потоки и поэтому суперконтиненты через некоторое время снова распадаются.

Америка "унесёт" Чукотку

Крупные литосферные плиты рисуют в учебниках, их может назвать любой: Антарктическая плита, Евразийская, Северо-Американская, Южно-Американская, Индийская, Австралийская, Тихоокеанская. Но на границах между плитами возникает настоящий хаос из множества микроплит.

Например, граница между Северо-Американской плитой и Евразийской проходит совсем не по Берингову проливу, а намного западнее, по хребту Черского. Чукотка, таким образом, оказывается частью Северо-Американской плиты. При этом Камчатка отчасти находится в зоне Охотской микроплиты, а отчасти - в зоне Беринговоморской микроплиты. А Приморье расположено на гипотетической Амурской плите, западный край которой упирается в Байкал.

Сейчас восточная окраина Евразийской плиты и западный край Северо-Американской "крутятся", как шестерёнки: Америка проворачивается против часовой стрелки, а Евразия по часовой. В результате Чукотка может окончательно оторваться "по шву", и в этом случае на Земле может появиться гигантский круговой шов, который будет проходить через Атлантику, Индийский, Тихий и Северный Ледовитый океан (где он пока закрыт). А сама Чукотка продолжит движение "в орбите" Северной Америки.

Спидометр для литосферы

Теория Вегенера возродилась не в последнюю очередь потому, что у учёных появилась возможность с высокой точностью измерять смещение континентов. Сейчас для этого используют спутниковые системы навигации, но есть и другие методы. Все они нужны для построения единой международной системы координат - International Terrestrial Reference Frame (ITRF).

Один из этих методов - радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой (РСДБ). Суть её заключается в одновременных наблюдениях с помощью нескольких радиотелескопов в разных точках Земли. Разница во времени получения сигналов позволяет с высокой точностью определять смещения. Два других способа измерить скорость - лазерные дальномерные наблюдения с помощью спутников и доплеровские измерения. Все эти наблюдения, в том числе с помощью GPS, проводятся на сотнях станций, все эти данные сводятся воедино, и в итоге мы получаем картину дрейфа континентов.

Например, крымский Симеиз, где находится станция лазерного зондирования, а также спутниковая станция определения координат, "едет" на северо-восток (по азимуту около 65 градусов) со скоростью примерно 26,8 миллиметра в год. Подмосковный Звенигород движется примерно на миллиметр в год быстрее (27,8 миллиметра в год) и курс держит восточнее - около 77 градусов. А, скажем, гавайский вулкан Мауна-Лоа двигается на северо-запад в два раза быстрее - 72,3 миллиметра в год.

Литосферные плиты тоже могут деформироваться, и их части могут "жить своей жизнью", особенно на границах. Хотя масштабы их самостоятельности значительно скромнее. Например, Крым ещё самостоятельно двигается на северо-восток со скоростью 0,9 миллиметра в год (и при этом растёт на 1,8 миллиметра), а Звенигород с той же скоростью двигается куда-то на юго-восток (и вниз - на 0,2 миллиметра в год).

Трубицын говорит, что эта самостоятельность отчасти объясняется "личной историей" разных частей континентов: основные части континентов, платформы, могут быть фрагментами древних литосферных плит, которые "срослись" со своими соседями. Например, Уральский хребет - один из швов. Платформы относительно жёсткие, но части вокруг них могут деформироваться и ехать по своей воле.

class="part1">

Подробно:

Планета Земля

Земная суша

© Владимир Каланов,
сайт "Знания-сила".

Открытие дрейфа континентов

Расположение главных литосферных плит

Карта мира, показывающая расположение главных литосферных плит. Каждая плита окружена океаническими хребтами,
от осей которых идёт растяжение (жирные линии), зонами столкновения и субдукции (зазубренные линии) и/или
трансформными разломами (тонкие линии).Названия приведены только для некоторых из самых крупных плит.
Стрелки указывают направления относительных движений плит.

В начале XX века немецкий метеоролог Альфред Вегенер стал собирать и изучать сведения о флоре и фауне континентов, разделённых Атлантическим океаном. Он также тщательно исследовал всё, что было тогда известно об их геологии и палеонтологии, о найденных на них ископаемых остатках организмов. Проанализировав полученные данные, Венегер пришёл к выводу, что различные континенты, включая Южную Америку и Африку, в далёком прошлом составляли единое целое. Он открыл, например, что некоторые геологические строения Южной Америки, которые резко обрываются береговой линией Атлантического океана, имеют как бы продолжение в Африке. Он вырезал из карты эти континенты, сдвинул эти вырезки навстречу друг другу и увидел, что геологические особенности этих континентов совпали, как бы продолжив друг друга.

Он также обнаружил, что существуют геологические признаки древнего оледенения, охватившего примерно в одно и то же время Австралию, Индию и Южную Африку, и заметил, что можно совместить эти континенты таким образом, что районы их обледене́ний образовали бы единую площадь. На основании своих исследований Вегенер опубликовал в Германии книгу "Происхождение континентов и океанов" (1915г.), в которой выдвинул свою теорию "континентального дрейфа". Но автор этой книги не смог достаточно убедительно защитить свою теорию, некоторые факты в её поддержку он отбирал весьма произвольно. В значительной степени по этим причинам его гипотеза в то время не была принята большинством учёных. Например, выдающиеся физики того времени заявили, что континенты не могут дрейфовать как корабли в море, поскольку внешние части литосферы очень жесткие. Они указали также, что центробежные силы, возникающие в результате вращения Земли вокруг своей оси, слишком слабы́ для того, чтобы передвигать континенты, как это предполагал Вегенер.

Но Вегенер был всё-таки на правильном пути. Возрождение идей Вегенера в виде теории тектоники плит произошло в 1950-х - 1960-х годах. В эти годы были выполнены исследования океанского дна, начатые ещё во время Второй мировой войны. Американский Военно-морской флот, развивая подводные лодки, был очень заинтересован в том, чтобы узнать об океанском дне как можно больше. Пожалуй, это тот редкий случай, когда военные интересы пошли на пользу науке. В то время и даже до 1960-х годов дно океанов было почти неизученной территорией. Геологи говорили тогда, что мы больше знаем об обращенной к нам поверхности Луны, чем о морском дне. Флотское начальство США было щедрым и хорошо оплачивало работу. Океанографические исследования быстро приобрели большой размах. Хотя значительная часть результатов исследований была засекречена, всё же сделанные открытия подтолкнули науку о Земле на новый, более высокий уровень понимания протекающих на Земле процессов.

Исследование дна океанов

Одним из главных результатов интенсивного исследования дна океанов стали новые знания о его топографии. Знания о морском дне, полученные до этого, собранные за долгую историю морских путешествий, были крайне недостаточны. Самые производились простейшими методами - измерительными тросами. Лот бросали за борт и отмеря́ли длину вытравленного троса. Но и эти измерения ограничивались мелководными, прибрежными районами.

В начале XX века на кораблях появились эхолоты, которые непрерывно совершенствовались. Проведённые в 1950-е - 1960-е годы с помощью эхолотов измерения дали много информации о рельефе океанского дна. Принцип работы эхолота заключается в измерении времени, необходимого для прохождения звукового импульса от корабля до морского дна и обратно. Зная скорость звука в морской воде, легко вычислить глубину моря в любом месте. Эхолот может работать непрерывно, круглые сутки, независимо от того, что делает корабль.

В настоящее время топографию океанского дна стало легче наносить на карту: аппаратура, установленная на спутниках Земли, точно измеряет "высоту" морской поверхности. Отпадает надобность посылать корабли в море. Интересно, что различия в уровне моря от места к месту в точности отображают топографию морского дна. Объясняется это тем, что лёгкие вариации земного притяжения, обусловленные рельефом дна, влияют на уровень поверхности моря в конкретном месте. Например, над местом, где имеется крупный вулкан огромной массы, уровень моря повышается по сравнению с соседними районами. Наоборот, над глубоким рвом, котловиной уровень моря ниже, чем над поднятыми районами морского дна. Такие подробности рельефа морского дна при его исследовании с борта кораблей "рассмотреть" было невозможно.

Результаты исследования морского дна в 60-х годах XX века поставили перед наукой немало вопросов. До этого времени учёные считали, что дно глубоких морей представляет собой спокойные, с плоским рельефом участки земной поверхности, покрытые мощным слоем ила и других осадков, смыва́емых с континентов в течение бесконечно долгого времени.

Однако поступившие материалы исследований показали, что морское дно имеет совсем иной рельеф: вместо плоской поверхности на дне океанов обнаружены горные хребты огромной протяженности, глубокие рвы (рифты), крутые обрывы и крупнейшие вулканы. В частности, Атлантический океан точно посередине рассекается Срединно-Атлантическим хребтом, который повторяет все выступы и впадины береговой линии на каждой стороне океана. Хребет возвышается в среднем на 2,5 км над наиболее глубокими местами океана; почти на всём его протяжении, по осевой линии хребта проходит рифт, т.е. ущелье или долина с крутыми склонами. В северной части Атлантического океана Срединно-Атлантический хребет поднимается над поверхностью океана, образуя остров Исландию.

Этот хребет является лишь частью системы хребтов, которая протягивается через все океаны. Хребты окружают Антарктиду, выходят двумя ветвями в Индийский океан и до Аравийского моря, изгибаются вдоль берегов восточной части Тихого океана, подходят к нижней Калифорнии, появляются у берегов северо-запада Соединённых Штатов.

Почему эта система подводных хребтов не оказалась погребённой под слоем осадков, вынесенных из континентов? Какова́ связь между этими хребтами и дрейфом континентов и тектонических плит?

Ответы на эти вопросы получены из результатов исследования... магнитных свойств пород, слагающих океаническое дно.

Геофизики, желая знать как можно больше о морском дне, наряду́ с другими работами занимались измерениями магнитного поля вдоль многочисленных маршрутов исследовательских судов. Было обнаружено, что в отличие от структуры магнитного поля континентов, которая обычно очень сложная, рисунок магнитных аномалий на дне океанов отличается определённой закономерностью. Причина такого явления сначала была непонятна. И вот в 60-х годах XX века американские учёные провели воздушную магнитную съёмку акватории Атлантического океана к югу от Исландии. Результаты были поразительными: узоры магнитного поля над морским дном изменяются симметрично относительно осевой линии хребта. При этом график изменения магнитного поля вдоль маршрута, пересекающего хребет, был на разных маршрутах в основном одинаков. Когда точки замера и измеренные значения напряжённости магнитного поля были нанесены́ на карту и проведены изолинии (линии равных значений характеристик магнитного поля), то они образовали полосатый зеброподобный узор. Подобный узор, но с менее выраженной симметрией раньше был получен при исследовании магнитного поля в северо-восточной части Тихого океана. И здесь характер поля резко отличался от структуры поля над континентами. По мере накопления научных данных становилось ясно, что симме́трия узора магнитного поля наблюдается всюду вдоль системы океанических хребтов. Причина такого явления кроется в следующих физических процессах.

Изверга́емые из недр Земли породы охлаждаются из исходного расплавленного состояния, и железосодержащие материалы, образующиеся в них, намагничиваются земным магнитным полем. Все элементарные магнитики этих минералов ориентируются одинаково под воздействием окружающего магнитного поля Земли. Это намагничивание является непрерывным во времени процессом. Значит, график магнитного поля вдоль маршрута, пересекающего хребет, представляет собой своего рода ископаемую запись изменений магнитного поля в процессе образования пород. Запись эта сохраняется в течение долгого времени. Как и следовало ожидать, геофизические съёмки вдоль маршрутов, направленных перпендикулярно расположению Срединно-Атлантического хребта, показали, что породы, находящиеся точно над осью хребта, сильно намагни́чены в направлении современного магнитного поля Земли. Симметричная зеброобразная картина магнитного поля указывает на то, что морское дно намагничено по-разному в разных участках, параллельных направлению хребта. Речь идёт не только о различной напряженности (интенсивности) магнитного поля различных участков морского дна, но и о различном направлении их намагниченности. Это стало уже крупным научным открытием: оказалось, что магнитное поле Земли в течение геологического времени неоднократно меняло свою полярность. Доказательства периодической смены магнитных полюсо́в Земли были получены также при исследовании намагниченности горных пород на континентах. Было установлено, что в районах скопления больших базальтовых масс одна часть базальтовых потоков имеет направление намагниченности, соответствующее направлению современного магнитного поля Земли, а другие потоки намагни́чены прямо противоположно.

Скорость движения континентов

Исследователям стало ясно, что магнитные полосы морского дна, колебания магнитной полярности и дрейф континентов - все эти явления взаимосвязаны. Зеброобра́зная картина распределения намагниченности горных пород морского дна отражает последовательность смены полярности земного магнитного поля. Большинство геологов теперь убеждены, что раздви́г морского дна в стороны от океанических разломов - это реальность.

Новая океаническая кора образуется лавой, непрерывно поступающей из глубины в осевых частях океанических хребтов. Магнитный узор пород морского дна симметричен по обе стороны оси хребта потому, что вновь поступившая порция лавы намагничивается при своём застывании в твёрдую породу и равномерно расширяется по обе стороны от срединного разлома. Поскольку даты изменения полярности магнитного поля Земли стали известны в результате анализа горных пород на суше, магнитные полосы океанского дна можно рассматривать в качестве своеобразной шкалы времени.

Во время своего извержения вдоль хребта и последующего затвердевания базальт намагничивается
под воздействием магнитного поля Земли и затем расходится в стороны от разлома.

Скорость возникновения нового участка морского дна можно достаточно просто рассчитать, если измерить расстояние от оси хребта, где возраст морского дна равен нулю, до полос, соответствующих известным периодам смены полярности магнитного поля.

Скорость образования морского дна меняется от места к месту, её величина, вычисленная по расположению магнитных полос, составляет в среднем несколько сантиметров в год. Континенты, расположенные по разные стороны Атлантического океана, отдаляются друг от друга с этой скоростью. По этой причине океаны и не засыпаны толстым слоем осадков, они () в геологическом масштабе очень молоды. При скорости несколько сантиметров в год (это очень медленно, конечно) Атлантический океан мог образоваться за двести миллионов лет, а это по геологическим меркам не так уж много. Дно любого из существующих на Земле океанов не намного старше. По сравнению же с горными породами континентов возраст океанского дна значительно моложе.

Таким образом доказано, что континенты по обе стороны Атлантического океана расходятся в сто́роны со скоростью, зависящей от скорости образования новых участков морского дна на оси Срединно-Атлантического хребта. И континенты, и океаническая кора движутся вместе, как одно целое, т.к. они являются частями одной литосферной плиты́.

© Владимир Каланов,
сайт "Знания-сила".

Уважаемые посетители!

У вас отключена работа JavaScript . Включите пожалуйста скрипты в браузере, и вам откроется полный функционал сайта!

Материки представляют собой крупные участки суши, которые доминируют на фоне близ расположенных архипелагов и островов. Конечно, это общее определение. Если рассматривать материки с точки зрения науки, то это не только участки суши, а еще и морской шельф, который является одним целым с материком, но уже давно скрыт под водой в результате затопления. Нередко у детей возникают вопросы, например о том, почему движутся материки? Давайте разберемся, на самом ли деле это так.

Жидкая магма и твердая суша

Чтобы понять, почему движутся материки, следует изучить строение планеты. Итак, что такое твердая суша? Прежде всего это часть земной коры. Твердая суша представляет собой лишь тонкий слой различных пород, которые скрывают под собой раскаленную магму. Толщина земной коры может сильно изменяться. Например, под толщей океана глубина твердых пород может составлять от 13 до 350 километров, а глубина жидкой магмы - почти 5000 километров. Разница, конечно, существенная.

Почему же магма жидкая? Основная причина - это высокая температура, которая выделяется в результате протекающих в ядре планеты. Вещество сильно нагревается. При этом наблюдается движение магмы от центра к земной коре, где проходят процессы ее остывания. В жидком слое постоянно наблюдаются конвекции, которые фиксируются спутниковыми магнитометрами. Это явление позволяет ответить на вопрос о том, почему движутся материки. Кратко описание подобных процессов позволяет полностью представить себе картину происходящего.

Основная причина движения материков

Итак, почему движутся материки? Ответ на этот вопрос достаточно прост. Конвекции, происходящие внутри магмы, носят хаотичный характер. Очень часто в определенных областях проявляется меньшая активность, чем в других. Стоит отметить, что поднятие магмы протекает под большим давлением и очень медленно. Однако при протекании подобных явлений выделяется большое количество кинетической энергии. Все это оказывает на твердую сушу определенное воздействие.

Магма осуществляет циклические движения. Она толкает фрагменты поверхности именно в том направлении, где присутствует импульс. Вот почему движутся материки. Иными словами, поверхностное смещение твердой суши связано с процессами, которые протекают внутри нашей планеты вплоть до самого ее ядра.

Как двигаются материки

Причина того, почему движутся материки, была установлена уже давно. Специалисты отмечают, что смещение твердой суши незначительно. В год материки могут сместиться всего на один сантиметр. Однако той энергии, которая выделяется при протекании подобных процессов, намного больше, чем способна выработать сеть электростанций.

Как было установлено, на движение материков оказывают влияние и ледники. В некоторых местах ледяной панцирь Антарктиды способен продавить поверхность земной коры до двух с половиной километров вглубь. В результате этого смещение материков значительно замедляется.

Всегда ли материки перемещались

Началось не сразу, ведь поначалу наша планета представляла собой жидкий расплавленный шар. Постепенно Земля остывала, ее поверхность покрывалась твердой коркой, и только спустя 500 миллионов лет образовались материки. Образовавшаяся суша треснула под напором горячей магмы. Так образовались будущие элементы поверхности. Те, что располагались повыше, стали формировать сушу. Часть плит из-за достаточно большого веса погрузилась вглубь планеты и стала океанической. Под воздействием магмы земная кора перемещалась. Эти процессы длились около 3 с половиной миллиардов лет. Плиты сталкивались, поднимались и продавливались. В результате образовались океаны, моря и континенты, которые существуют на данный момент.

Дрейф континентов

Давние карты обеих Америк позволили обнаружить поразительное сходство между береговыми линиями Нового и Старого Света. Возник вопрос: а не были ли когда-то одним целым эти далеко лежащие сегодня друг от друга континенты?

В середине XIX века ученые начали собирать свидетельства сходства окаменелых останков (следов доисторической жизни) в породах континентов, разделенных большим расстоянием. В начале XX века американский геолог Фрэнк Б. Тейлор высказал предположение, что континенты могут медленно удаляться друг от друга. Он полагал, что дрейф континентов мог вызвать горизонтальное (боковое) давление, которое вытеснило вверх породы и превратило их в длинные горные хребты.

Теории Вегенера
Независимо от Тейлора над проблемой дрейфа континентов работал немецкий метеоролог, геофизик и астроном Альфред Вегенер. Он особо интересовался изменениями глобального климата на протяжении геологического периода и хотел разгадать многочисленные загадки, возникшие при изучении ископаемых материалов. Например, окаменелые остатки тропических растений были найдены под слоем льда и снега в Гренландии, а, с другой стороны, образцы пород показывали, что в старину ледниковые щиты покрывали юг Африки и Южной Америки.

Вегенер дал ответы на эти вопросы в своей книге "Die Enstehung der Kontinente und Ozeane" ("Происхождение континентов и океанов", 1915). Он утверждал, что в те времена, когда тропические растения росли в Гренландии, она должна была располагаться вблизи экватора. А когда большие пространства Африки и Южной Америки были покрыты льдом, эти части суши должны были находиться вокруг Южного полюса. Другими словами, должен был иметь место дрейф материков.

Однако общепринятой теория дрейфа континентов стала лишь в 1950-60-е годы, когда никто уже не мог игнорировать огромный массив данных, свидетельствующих в ее пользу. Появился новый термин - тектоника плит. Согласно теории тектоники плит, континенты перемещаются со скоростью от 1 до 10 см в год, "сидя верхом" на огромных плитах, на которые разбита литосфера.

Мозаика из континентов
Изначальные представления о дрейфе континентов основывались на сходстве очертаний Северной и Южной Америк с очертаниями Европы и Африки.
Однако береговые линии не являются реальными границами континентов. Каждый из них окружен мелководной зоной, называемой континентальным шельфом, фактически являющейся частью континента. Их истинная граница проходит по верху крутого континентального склона, ведущего в абиссальную зону (глубинные участки океана). Компьютерное моделирование на базе очертаний континентального шельфа на глубине примерно 1000 м продемонстрировало гораздо более точное совпадение форм континентов.
Еще одно подтверждение дрейфа континентов было получено в ходе изучения горных пород, их структуры и окаменелостей. К примеру, Вегенер знал, что в прошлом имели место несколько больших ледниковых периодов. При похолодании глобального климата огромные ледниковые щиты (подобные тем, которые сегодня покрывают Антарктиду и Гренландию) охватывали большие территории. Ледники распространялись под действием силы тяжести, а камни, вмерзшие в нижний слой льда, царапали поверхность земли, оставляя борозды, называемые ледниковой штриховкой. Кроме того, ледник оставляет за собой морену - слои обломков твердой породы, - которая образует отложения, именуемые тиллитами.

Структура горных пород
Структура горных пород также подтверждала эту теорию. Так, большинство пород в зоне Сахары в Северной Африке имеют солидный возраст - около 2 млрд. лет. Рядом лежат породы, которым всего 550 миллионов лет. Есть очень четкая линия раздела между старыми и новыми породами, достигающая берегов Атлантического океана в районе г. Аккра в Гане. Эта линия прослеживается и по ту сторону океана в Сан-Луисе (Бразилия), в точности там, где и предсказывали сторонники дрейфа континентов. Этот факт явно свидетельствует в пользу справедливости данной теории.

Теория тектоники плит получила поддержку и в ходе изучения палеомагнетизма, что означает "древний магнетизм". Когда новые породы формировались из расплавленных пород, железистые минералы намагничивались. При отвердении жидких пород эти минералы выстраивались в направлении магнитного поля Земли, указывая его местонахождение на момент формирования пород. Как только частицы руды затвердевали в породе, на их расположение уже не влияли дальнейшие изменения магнитного ноля Земли. Это означает, что магнитные частицы, обнаруженные в горных породах, могут служить для определения положения магнитного полюса Земли в эпоху формирования этих пород.

Свидетельствует морское дно
С помощью метода радиоизотопного датирования ученые установили, что возраст ни одной из океанических пород не превышал 200 млн. лет, в то время как древнейшим из известных континентальных пород около 3,8 млрд. лет. Следовательно, океаны являются поздними формациями.
Электронная топографическая съемка дна океана выявила ряд важных признаков, включая длинные океанические хребты, для которых характерна сейсмическая и вулканическая деятельность. В недрах именно этих хребтов обнаруживают самые молодые океанические породы. Геологи убеждены, что новые породы формируются в центре хребтов при разъединении и отдалении плит друг от друга. Они также обнаружили, что по мере удаления от хребтов встречаются все более старые породы, образующие океаническую кору.

Четыре континента
Сегодня ученые знают, что земная поверхность постоянно изменяется. Около 420 миллионов лет назад космолетчик с далекой планеты увидел бы четыре континента. Один из них был бы частью нынешней Северной Америки, второй - частью современной Европы. Третий континент, называемый геологами Ангарой, представлял собой тогда часть сегодняшней Азии, а четвертый объединял южные континенты. Ему геологи дали имя Гондвана.
Перемещение плит привело к столкновению североамериканской и европейской континентальных плит, в результате чего из смятых в складки пород на краях континентов образовались горные хребты. К фрагментам этого хребта сегодня относятся северные отроги Аппалачей в Северной Америке, горы на востоке Гренландии, на западе Ирландии и Шотландии, а также горы в Норвегии и Швеции. Этот новый континентальный массив называется Еврамерика.

Распад Пангеи
Около 275 миллионов лет назад произошло столкновение Еврамерики и Ангары, на месте которого возникли Уральские горы. Тогда соединились три плиты, образовав при этом гигантскую часть суши под названием, Лавразия. Вначале Лавразию и Гондвану разделяло древнее море Тетис, но вскоре оба континента соединились и образовали единый континентальный массив - Пангею.
В течение последних 180 миллионов лет Пангея распалась, и в результате перемещения плит континенты заняли свое нынешнее положение. Но перемещение все еще продолжается, и ученые сегодня могут делать предположения о том, как будет выглядеть наша планета в будущем. Поэтому современная карта мира - это всего лишь снимок одного момента в геологическом времени Земли.