История развития концепции спрединга океанского дна

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ФРАНЦИСКА СКОРИНЫ

ГЕОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

ГЕОЛОГИЯ И РАЗВЕДКА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

КУРСОВАЯ РАБОТА

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ КОНЦЕПЦИИ СПРЕДИНГА ОКЕАНСКОГО ДНА

Исполнитель

студент группы ГР-11 Н.Р. Качкан

Научный руководитель

Доцент, кандидат

геолого-географических наук Е.Ю. Трацевская

Гомель

2013

Содержание

1. Ранние исследования закономерностей развития земной коры

1.1 Термин «геотектоника» и первый этап ее становления

1.2 Второй этап становления геотектоники

1.3 Третий этап становления геотектоники

1.4 Четвертый этап становления геотектоники

1.5 Пятый, последний этап становления геотектоники

2. Учение о геосинклиналях

2.1 Определение геосинклинали

2.2 Этапы развития геосинклинали

2.3 Допалеозойские геосинклинали

2.4 Геосинклинали в четвертичном периоде

3. Теория дрейфа континентов

3.1 Создание теории

3.2 Гипотеза о мантийной конвекции

3.3 Блуждание полюсов

3.4 Совмещение континентов

4. Современная теория спрединга океанского дна

4.1 Появление понятия «спрединг»

4.2 Доказательства спрединга магнитными аномалиями

4.3 Определение возраста океанской коры

4.4 Различия и временные колебания скорости спрединга

Список используемых источников

Приложение А Рисунки к курсовой работе

1. Ранние исследования закономерностей развития земной коры

1.1 Термин «геотектоника» и первый этап ее становления

Наука о развитии земной коры называется геотектоникой. Хотя этот термин имеет более чем столетнюю давность (он предложен немецким геологом К. Науманном в 1860 г.), геотектоника -- сравнительно молодая наука, поскольку она лишь во второй четверти XX в. Обособилась в самостоятельную научную и учебную дисциплину, являясь до этого лишь разделом динамической геологии. Однако становлению геотектоники предшествовала довольно длительная предыстория.

Первый этап (вторая половина XVII -- первая половина XVIII в). Первые представления о подвижности земной коры и связанных с ней изменениях земной поверхности возникли уже у древних греков и римлян. В античное время наметились и два основных направления в объяснении тектонических движений -- нептунистическое, придававшее главную роль экзогенным процессам, в первую очередь растворяющему действию воды, и плутоническое, считавшее первоисточником движений действие внутренних сил Земли, в особенности подъем магматических расплавов. Однако идеи мыслителей античного мира не получили развития и были надолго забыты, вплоть до эпохи Возрождения. В 1669 г. Итальянский ученый датского происхождения Н. Стено (Стенон) сформулировал положения, закладывающие основы тектоники:

1) осадочные породы первоначально накапливаются горизонтальными слоями; их наклонное или изогнутое залегание является результатом последующих нарушений;

2) если на наклонном слое залегает слой горизонтальный (или более слабонаклоненный), это значит, что наклон первого слоя произошел до отложения второго;

3) горы не представляют постоянной величины. Причину тектонических нарушений Н. Стено усматривал в оседании и обрушении пластов над подземными пустотами.

Крупнейшие естествоиспытатели XVII в. Р. Декарт и Г. Лейбниц попытались впервые представить нашу планету как развивающуюся и имеющую продолжительную и сложную историю. Они полагали, что Земля первоначально была расплавленной, а затем стала остывать и покрылась твердой корой. Сгущение паров, окутывавших расплавленную Землю, создало Мировой океан (Г. Лейбниц), а уход воды подземные пустоты, сохранившиеся под корой, привел к образованию суши, включая горы. Идеи Р. Декарта и Г. Лейбница были развиты в XVIII в. Французским натуралистом Ж. Бюффоном, а более правильные представления о причинах движений и деформаций земной коры были высказаны англичанином Р. Гуком, итальянцем Л. Л. Моро и Г. В. Рихманом -- адъюнктом Петербургской академии наук; первый связывал их с землетрясениями, два других -- с деятельностью вулканов; все трое, таким образом, являлись последователями древнегреческих плутонистов.

1.2 Второй этап становления геотектоники

Второй этап (вторая половина XVIII в. -- первая четверть XIX в.). На этом этапе возникает научная геология. Один из ее основоположников -- немец А. Г. Вернер -- еще стоял на позициях нептунизма, рассматривая наклонное залегание пластов либо как первичное, либо как связанное с провалом в подземные пустоты. Несмотря на эти серьезные заблуждения, некоторые нептунисты (русский академик П. С. Паллас, 3ейцарец Г. Б. де Соссюр) правильно подметили зональное строение горных сооружений, с залеганием гранитов в осевой части и наклоном осадочных толщ в обе стороны от оси, постепенно уменьшающимся к периферии. Совершенно иные взгляды были высказаны М. В. Ломоносовым и затем шотландцем Дж. Хаттоном (Геттоном). М. В. Ломоносов признавал ведущую роль в образовании гор за эндогенными процессами («подземный жар»), подчеркивал сопряженность поднятий и опусканий, сделал первую попытку выделить среди движений земной коры несколько типов, в частности более быстрые и более медленные. Дж. Хаттон уже связывает с проявлениями «подземного жара» вулканическую деятельность и магматизм вообще, считая главным типом движений земной коры вертикальные движения. Взгляды М. В. Ломоносова и Дж. Хаттона получили дальнейшее развитие в работах немецких ученых А. Гумбольдта и Л. Буха и оформились в виде первой научной тектонической гипотезы -- гипотезы поднятия, которая в первой четверти XIX в. Вытеснила нептунистические взгляды А. Вернера и его последователей. С развитием геологического картирования на основе биостратиграфии во второй четверти XIX в. Появляются систематики складчатых нарушений, описываются не только складки, но и надвиги. При этом складчатость объясняется оттеснением слоев со сводов поднятий поднимающейся магмой (Б. Штудер). Складко- и горообразование, а также тесно связанный с ними по гипотезе поднятия вулканизм считаются происходящими повсеместно одновременно в виде катастроф всемирного значения. Эти катастрофистские воззрения были постепенно преодолены с появлением знаменитого труда Ч. Лайеля «Основы геологии» (1830)

1.3 Третий этап становления геотектоники

Третий этап (вторая половина XIX в.). Этот этап знаменуется прежде всего отказом от гипотезы поднятия и заменой ее гипотезой контракции (французский ученый Л. Эли де Бомон, 1832-- 1852), основывавшейся на космогонической гипотезе Канта--Лапласа, т. Е. на представлении об охлаждении земного шара и приспособлении земной коры путем ее смятия к сокращающемуся объему Земли. Гипотеза контракции лучше объясняла происхождение складчатых горных систем, особенно после того, как было выяснено, что они рождаются в пределах особых зон -- геосинклиналей. Учение о геосинклиналях зародилось в Америке (Дж. Холл, 1859; Дж. Дэна, 1873), но затем получило распространение и в Европе. Французский геолог Э. Ог (1900) противопоставил геосинклиналям устойчивые континентальные площади, затем получившие название платформ. Но решающий вклад в развитие учения о платформах был внесен русскими геологами, начиная с А. П. Карпинского и А. П. Павлова. К этому же этапу относится возникновение учения об изостазии (англичане Дж. Эри и Дж. Пратт, американец К. Деттон -- автор термина). Естественным завершением данного этапа явилось создание австрийским ученым Э. Зюссом фундаментального труда «Лик Земли» (1885--1909), в котором впервые, причем на основе гипотезы контракции было дано описание тектонического строения всей поверхности земного шара. В эти же годы французский геолог М. Бертран (1887) указал, что складчатые зоны континентов имеют разный возраст и принадлежат четырем основным эпохам горообразования -- гуронской (докембрийской), каледонской, герцинской и альпийской.

1.4 Четвертый этап становления геотектоники

Четвертый этап (первая половина XX в.). Рубеж XIX и XX вв. отмечен в геотектонике кризисом контракционной гипотезы, подорванной в своих астрономических (замена «горячей» космогонии Канта--Лапласа «холодной»), физических (открытие естественной радиоактивности с выводом о разогреве Земли) и геологических (открытие шарьяжей, требовавших очень значительного сокращения объема Земли за короткий срок) основах. Вместо контракционной гипотезы в начале века был выдвинут ряд других -- подкоровых течений (О. Ампферер, 1906), пульсирующей (В. Бухер, 1933; М. А. Усов, 1939; В. А. Обручев, 1940) и даже расширяющейся (Б. Линдеман, 1927; О. Хильгенберг, 1933; М. М. Тетяев, 1934) Земли. Наиболее радикально отличной от всех этих гипотез явилась гипотеза перемещения материков (Ф. Tейлор, 1910; А. Вегенер, 1912), положившая начало новому направлению и геотектонике-- мобилизму, допускающему крупные горизонтальные перемещения континентальных масс, в противоположность фиксизму, принимающему их фиксированное положение относительно подстилающей мантии. Но наибольший успех в 30 - 50-е годы выпал на долю концепций, возродивших представления сторонников гипотезы поднятия о ведущем значении вертикальных, особенно восходящих, движений в развитии земной коры и связавших чти движения с подъемом магмы, являющейся продуктом глубинной дифференциации вещества мантии Земли под влиянием разогрева радиогенным теплом (В. В. Белоусов, 1944 и позднее; голландский ученый Р. В. Ван Беммелен, 1933 и позднее). Одновременно на этом этапе продолжали разрабатываем я более конкретные разделы геотектоники, в частности учение о геосинклиналях и платформах, в чем активное участие приняли русские геологи (А. Д. Архангельский, Н. С. Шатский, В. В. Белоусов, А. В. Пейве, А. Л. Яншин, А. А. Богданов, М. В. Муратов и др.), а из зарубежных -- прежде всего Г. Штилле, Дж. М. Кэй, Ж. Обуэн. В России возникло учение о глубинных разломах (А. В. Пейве, 1945); обособились в виде отдельных самостоятельных направлений неотектоника (В. А. Обручев, 1948; Н. И. Николаев, 1949; С. С. Шульц, 1948), сейсмотектоника (И. Е. Губин, 1950); широкое применение в геотектонике нашел формационный анализ (Н. С. Шатский, Н. П. Херасков, Н. Б. Вассоевич и др.); началось интенсивное изучение современных движении (Ю. A Meщеряков и др.). В 30--40-е годы появились первые учебные руководства, сначала по структурной геологии (Б. и Р. Уиллисы, Ч. Лизе, М. А. Усов), а затем по геотектонике (М. М. Тетяев, В. В. Белоусов). Преподавание курса геотектоники было начато в 30-е годы в Ленинградском горном (М. М. Тетяев) и Московском геологоразведочном (Е. В. Милановский) институтах.

1.5 Пятый, последний этап становления геотектоники

Пятый этап (с 60-х годов XX в.). К середине 50-х годов благодаря успехам научно-технической революции на вооружение геологов, геофизиков и геохимиков поступили новые приборы, расширившие возможности познания строения и развития земной коры и тектоносферы в целом. Началось интенсивное изучение ложа океанов, приведшее к установлению коренных отличий океанской коры от континентальной, к открытию мировой системы срединно-океанских хребтов, к обнаружению увеличения мощности осадков от хребтов к периферии океанов и др. Геофизики подтвердили существование в верхней мантии ослабленного слоя -- астеносферы, открыли явления остаточной намагниченности горных пород (палеомагнетизм), периодической инверсии магнитного поля Земли, линейные магнитные аномалии в океанах. Все эти и другие открытия показали недостаточность фиксистских концепций тектогенеза, особенно в части происхождения океанов, и обусловили неожиданный возврат к мобилизму в новой форме, получившей название тектоники литосферных плит (1962--1968). В итоге современное развитие геотектоники, а также других наук о Земле проходит под знаком господства идей неомобилизма. К этому же этапу относятся такие важные достижения, как успехи в радиометрическом датировании горных пород, позволившие распространить историческую геотектонику на докембрий и выявить общие тенденции в развитии земной коры и литосферы; все более широкое применение результатов съемок поверхности Земли из космоса, не только указавших на большую роль в строении земной коры кольцевых структур разного масштаба и линеаментов, но подтвердивших также реальность взаимных горизонтальных перемещений литосферных плит и уточнивших рельеф, а следовательно, и структуру ложа океанов; огромный прогресс сейсмических методов с применением сейсмической стратиграфии для освещения строения осадочного чехла континентов и океанов, сейсмики отраженных волн для выявления тонкой структуры коры складчато-покровных парных сооружений и фундамента платформ, глубинного сейсмического зондирования для определения строения земной коры и верхов мантии, сейсмической томографии для «просвечивания» мантийных глубин планеты вплоть до ее ядра; отметим далее не менее важные результаты глубоководного океанского и сверхглубинного континентального бурения и успехи геохимии изотопов, а также редких и рассеянных элементов, существенно способствующих решению ряда задач геодинамики и геотектоники. Вместе со сменой фиксистской парадигмы мобилистской в форме тектоники плит все это позволяет говорить, что в развитии геотектоники, как и геологии в целом, в начале 60-х годов произошел настоящий революционный скачок. Он выразился и в резком усилении научных исследований по новым направлениям науки. Эти исследования, с одной стороны, подтвердили основные принципы и положения тектоники плит, показав, что ее можно с полным основанием считать первой в истории геотектоники научной теорией, а не просто очередной гипотезой, но, с другой стороны, указали на определенную ограниченность, чрезмерную упрощенность, жесткость и недостаточность первоначально сформулированных постулатов этой теории.

2. Учение о геосинклиналях

2.1 Определение геосинклинали

Итак, геосинклинали можно определить как крупные протя-женные области земной коры, вытянутые между платформами или по краям континентов и характеризующиеся на первом этапе -- системати-ческим погружением, что сопровождается мощным осадконакоплением, а на втором, более кратковременном этапе -- складчатостью, магматизмом, метаморфизмом, с последующим поднятием этой области в виде горной страны. По лаконичной формулировке академика Д. В. Наливкина, «геосинклиналь -- это область накопления осадков» впоследствии превращающихся в складчатые горы». В. Е. Хаин (1964) дает такое определение: «геосинклиналями следует называть зоны высокой подвижности, значительной расчлененности и по-вышенной проницаемости земной коры, характеризующиеся на ранних этапах своего развития преобладанием интенсивных погружений, а на заключительных -- интенсивных поднятий». Учение о геосинклиналях в современной геологии играет важней-шую роль. Изучению геосинклиналей посвящается огромное количество работ. Многие исследователи предлагают новые, свои варианты понятия о геосинклиналях. В итоге создалось чрезвычайно любопытное и слож-ное положение, когда важнейшее понятие современной тектоники стало в известной мере терять свои первоначальные ясные и простые черты. Термин «геосинклиналь», по мнению П. Эванса (1926), «употреблялся слишком небрежно, широко, чтобы сохранить научное значение». С дру-гой стороны, было предложено много схем классификации геосинклина-лей -- мезогеосинклинали и парагеосинклинали Шухерта и т. Д. Теперь широко используется понятие об эвгеосинклиналях и миогео-синклиналях (термины предложены Г. Штилле); первые отвечают центральным частям складчатых зон и отличаются обилием магматических пород; вторые располагаются по периферии складчатых зон и содержат мало магматических пород. В советской геологии понятие о геосинклиналях играет важную роль, помогая расшифровать строение различных районов нашей страны и ближе понимать закономерности формирова-ния и размещения полезных ископаемых.

2.2 Этапы развития геосинклинали

Детальные исследования показали, что в развитии геосинклинали, или геосинклинального цикла, можно выделить несколько стадий (рис. 1).

Первая стадия (по В. Е. Хаину, 1964) -- стадия начального погружения, сопровождающегося накоплением мощных толщ морских глинистых или песчано-глинистых осадков аспидной формации (формация, по В. Е. Хаину, 1964, «закономерное и естественное сочетание определенного набора горных пород -- осадочных, вулканогенных, интрузивных, образующихся на определенных стадиях развития основных структурных зон земной коры») и эффузивным магматизмом (спилито-кератофировая формация).

Вторая ста-дия -- предорогенная: геосинклиналь расчленяется, возникают внутренние поднятия (т. Н. частная инверсия), появляются признаки складкообразовательных движений, внедряются первые интрузии. Среди осадков этой стадии типичны тонкоритмичные терригенные или карбо-натные отложения флишевои формации, а среди магматических -- породы порфиритовой (андезитовой) формации (инициальный магматизм). К концу второй стадии относится важный переломный момент в развитии геосинклинали -- момент общей инверсии, т. Е. общее воздымание геосинклинали с одновременным внедрением бато-литов гранодиоритовой формации.

Третья стадия цикла -- раннеорогенная: воздымание продолжается, но осадки, накапливающиеся во впадинах -- исключительно терригенные, относящиеся к нижней молассовой формации и состоящие из глин, алевролитов и песчаников, местами угленосных и соленосных. Складкообразовательные движения приурочены именно к третьей стадии, а к началу четвертой, в основном, завершаются.

Четвертая стадия цикла -- собственно орогенная, когда скорость восходящих движений превышает скорость денудации и формируется настоящий горный рельеф. Образуется верхняя молассовая формация, существенно континентальная, с преобладанием (во впадинах) мощных толщ конгломератов и с интенсивным проявлением конечного вулканизма (порфировая формация) и интрузивной деятельностью, создающей формацию кислых и щелочных гранитоидов.

Такова схема развития складкообразовательных и магматических процессов, осадконакопления и рельефа в каждом геосинклинальном цикле -- каледонском, герцинском и других. Конечно, в реальной дей-ствительности процессы эти выражаются в гораздо более сложной и богатой событиями последовательности, да и качественное содержание этих событий от цикла к циклу несколько меняется. И в этой связи стоит вопрос о взаимоотношениях геосинклиналей и платформ во времени. Академик Н. С. Шатский подчеркивал то обстоятельство, что с течением времени площади, занятые геосинклиналями, сокращались, а площади, занятые платформами, увеличивались. Действительно, если говорить о территории Советского Союза, то в палеозое здесь было только две платформы, Русская и Сибирская (платформы I рода, геотерминологии А. Н. Мазаровнча), окруженные со всех сторон геосинклиналями. После герцинской складчатости, пройдя этап бурного развития тектонических движений, в платформенное состояние перешли новые огромные площади от Урала до Енисея: Западно-Сибирская низменность, Казахстан, Урал (платформы II рода). Геосинклинальный режим сохранился на юге в полосе Карпаты--Крым--Кавказ--Копетдаг--Памир. В результате альпийской складчатости и здесь наступила новая полоса в тектоническом развитии и геосинклиналей здесь больше не осталось. Таким образом, геосинклинали и платформы, как основные и притом сопряженные структурные элементы земной коры, отвечают вполне определенному отрезку истории Земли, а именно -- фанерозою.

2.3 Допалеозойские геосинклинали

Возникает вопрос: что же определяло собой развитие земной коры в допалеозойские времена, особенно в архее, и что придет на смену геосинклинально-платформенному режиму после исчезновения последней геосинклинали? На этот вопрос трудно дать исчерпывающий ответ. В архейской эре наблюдались повсеместные и интенсивные поднятия магмы, со-провождавшиеся также интенсивным проявлением процессов метаморфизма. Одновременно протекали процессы складкообразования, но в оригинальной форме -- в форме образования крупных куполовидных поднятий, размещенных без видимого порядка и осложненных мелкой складчатостью с крутым и даже вертикальным положением осевых линий. Локализованная линейная складчатость с горизонтальным (по пре-имуществу) положением осей появилась позже; она развивалась на фойе геосинклиналей. Таким образом, в докембрии (в архее, а частично и в протерозое) земная кора характеризовалась повсеместной подвижностью и активностью магмы, но этот этап нельзя назвать геосинклинальным; он отличался рядом своих специфических особенностей.

2.4 Геосинклинали в четвертичном периоде

В четвертичном периоде, как уже отмечалось, в некоторых местах тектонические движения проявились в новой, своеобразной форме. Именно, давно консолидированные, давно превратившиеся в платформу, казалось бы, стабильные и неспособные к перемещениям массивы, начали коробиться с образованием крупных складок огромного радиуса. Одновременно эти складки раскалывались крутыми разрывами с вертикальным перемещением отдельных блоков по этим разрывам. Таким путем сформировались раздробленные разрывами «складки основания», как их назвал швейцарский геолог Э. Арган, или «германотипная тектоника», по терминологии Г. Штилле, или, наконец, глыбовые структуры, как часто называют их у нас. Такова, например, современная структура Тянь-Шаня, Алтая, Прибайкалья: древние складчатые области, омоложенные новейшими движениями. Здесь следует оговориться: движения, отвечающие понятию глыбовой тектоники, происходили не только в четвертичном периоде. Они возникли раньше, и, таким образом, современные структуры, отвечающие этому понятию, имеют длительную и сложную историю. Но тем не менее в своей наиболее яркой форме они проявились действительно в конце кайнозоя. Поэтому и можно думать, что «глыбовая тектоника» знаменует собой наступление качественно иной эпохи в проявлении тектонической активности Земли. Особо стоит вопрос о происхождении и истории океанических впадин. В процессе дифференциации вещества верхней мантии в одних случаях формировалась кора континентального типа, в других -- океанического. На тех же ранних стадиях истории Земли из вещества мантии выделились вода и газы атмосферы. Материки, сложенные относительно мощной и легкой, сиалического состава корой, оказались гипсометрически выше участков относительно тонкой и более тяжелой коры океанического типа, и вода, естественно, заполнила эти океанические впадины. Если это так, то как материки, так и океанические впадины оказываются одинаковыми по возрасту, хотя принципиально к различными по строению. Однако существуют и другие гипотезы, согласно которым океанические впадины рассматриваются как результат погружения материков (что, якобы, сопровождалось «базификацией» их сиалической основы, т. е. превращением гранитного слоя в базальтовый). В этом случае в пределах океанов следует искать следы структур, присущих обыкновенным материкам, т. Е. платформы (которые получили наименование талассократонов) и погребенные под воды океанов складчатые зоны. Трудно ска-зать, какая из гипотез отвечает действительности, но первая, по нашему мнению, более правдоподобна.

3. Теория дрейфа континентов

3.1 Создание теории

Создание теории дрейфа континентов связывают с именем Вегенера, который начиная с 1912 г. Сводил данные о близком сходстве типов пород, тектонических структур, ископаемой фауны и флоры на противоположных берегах Атлантического океана подобно строкам разорванной пополам газеты. За время между написанием первой статьи в 1912 г. И безвременной гибелью в Гренландской экспедиции в 1930 г. Он опубликовал ряд статей и книг, переведенных на пять языков, благодаря которым влияние его идей сильно возросло. Самым значительным его трудом, однако, остается книга «Происхождение континентов и океанов», в которой Вегенер приводит доказательства в пользу существования единого суперконтинента Пангея примерно 200 млн. лет назад (рис. 2). На его реконструкции Америки состыкованы с Европой и Африкой, а континенты Южного полушария составляют южную часть субконтинента. Согласно представлениям Вегенера, начиная со 180 млн. лет назад и вплоть до настоящего времени Пангея раскалывалась, сначала в Южном полушарии, а затем и в Северном. Европа и Северная Америка сохраняли связь вплоть до четвертичного периода. К собранным им свидетельствам сходства контуров береговой линии, геологических структур, фауны и флоры по обе стороны Атлантики, прежде соединенных вместе, Вегенер добавил веские палеоклиматические доводы. Он закартировал распространение угленосных и ледниковых отложений, показав положение климатических зон в прошлом. Особое внимание было уделено отложениям, свидетельствующим о крупных оледенениях. Ледниковые отложения и некоторые другие признаки позволили сделать вывод о существовании в девоне материкового ледникового щита на месте современной Сахары. В это же время восточное побережье Северной Америки находилось вблизи экватора. Столь крупные смещения указывали не только на дрейф континентов, но также на изменение положения полюсов, которое могло быть вызвано либо миграцией оси вращения Земли, либо перемещением земной коры в целом по поверхности мантии. Вегенер пытался различить эти два процесса. Решающее значение имели ледниковые отложения (тиллиты) каменноугольного и пермского возраста, распространенные на материках Гондваны и свидетельствующие о развитии в это время ледниковых щитов. На реконструкции Гондваны разрозненные в настоящее время участки ледниковых отложений легли в единое поле, обозначающее положение палеозойского материкового ледника Южного полушария. К этому ледниковому щиту принадлежит и оледенение субконтинента Индии, расположенного ныне далеко на север от экватора, но ранее входившего в состав южного материка Гондваны. Вегенер, к сожалению, выдвинул неудачную гипотезу дрейфа континентов как твердых тел по мягкому веществу дна океана. Вопреки очевидным данным о высоких скоростях сейсмических волн в подповерхностных слоях он считал, что малые силы, действующие в течение длительного времени, могут придать веществу мантии текучесть, и Допускал медленное плавание по нему континентов. Источник таких сил Вегенер видел в неравенстве гравитации за счет экваториальной выпуклости Земли (Pohlfluchtforce), а также, в солнечных и лунных приливах, вызывающих дрейф в западном направлении. Геофизики выдвинули вполне обоснованные возражения против такого механизма, показав, что дно океана жесткое, а не вязкое, и что силы, привлеченные Вегенером, явно недостаточны для обеспечения дрейфа континентов. Таким образом, аргументы Вегенера убедили мало кого из геологов, в большинстве оставшихся столь же непоколебимыми, как положение континентов в их традиционных взглядах. Идеи Вегенера не встречали поддержки вплоть до 50-х гг. К этому времени были высказаны, казалось бы, все возможные доводы за и против дрейфа континентов, и споры вокруг этого вопроса затихли ввиду отсутствия новых фактов. Дальнейшее развитие концепции задержалось на целых три десятилетия, пока океанология, добыв принципиально новую информацию об океанском дне, не дала ей вторую жизнь.

3.2 Гипотеза о мантийной конвекции

В 1931 г. Артур Холмс из Эдинбургского университета высказал мысль о том, что внутренние части Земли находятся в состоянии исключительно медленной термической конвекции, в ходе которой формируются устойчивые ячеи, в которых векторы потоков меняются только на расстояниях, соизмеримых с радиусом земного шара, с периодичностью, соответствующей геологическим периодам. Холмс первый предположил, что базальтовый слой работает как конвейерная лента, переносящая на себе континенты к зонам нисходящих конвективных потоков. В результате внедрения базальтов генерируется новая океанская кора. Особенно интересно, что, предложив этот механизм, Холмс облегчил решение самого трудного вопроса в модели Вегенера. Континенты двигались теперь не по океанскому дну, как у Вегенера, а вместе с ним. Венинг-Мейнес добавил к этому представление о формировании океанских желобов в результате затягивания океанского дна такого же типа мантийными конвективными потоками. Представление о подобного рода крупных нисходящих тектонических движениях подвело вплотную к идеям тектоники плит, но концепция субдукции в них все же еще не фигурировала. Было также показано, что передача тепла из внутренних частей Земли к поверхности через мантию может происходить только посредством конвективных потоков. Теория мантийной конвекции заменила контракционную гипотезу происхождения структур сжатия, а также гипотезу расширяющейся Земли, выдвинутую для объяснения обнаруженных незадолго до этого структур растяжения. Хотя теория Холмса не оказала немедленного влияния на умы геологов, она послужила, основой интерпретации, огромного количества новых, фактов, появившихся 20-30 лет спустя.

3.3 Блуждание полюсов

Попытка Вегенера изменить ход развития наук о Земле потерпела неудачу потому, что он основывался на критериях вроде данных об оледенениях, которые казались для геофизиков слишком неопределенными. Начиная с 1956 г. Под влиянием открытий в области палеомагнетизма древних пород континентов и выявления палеомагнитного рисунка дна океанов, свидетельствующих о его молодости, а также новых сейсмологических данных прежние взгляды стали меняться. Именно палеомагнетизм внес самый существенный вклад в дело возрождения идей дрейфа континентов и связанных с ними геотектонических построений. С помощью палеомагнитных данных была прежде всего предпринята попытка проверить реальность блуждания полюсов и дрейфа континентов. Идею блуждания полюсов выдвинул еще Вегенер при рассмотрении данных о пермокарбоновом оледенении Гондваны, приводя ее в подтверждение дрейфа континентов. Палеомагнетизм послужил первым количественным геофизическим индикатором этого процесса. Путем измерения. Остаточной намагниченности горных пород с разных континентов удалось восстановить положение древних магнитных полюсов. К 1956 г. Несколько исследователей, прежде всего К. Крир, К. Ранкорн и Е. Ирвинг, по палеомагнитным данным, полученным на одном континенте, установили, что полюсы испытывали миграции. Кривые блуждания полюсов, построенные по данным с разных континентов, не совпадали друг с другом, причем расхождения возрастали по мере увеличения геологического возраста. Это несовпадение удавалось устранить путем совмещения континентов в виде Пангеи. Современная интерпретация палеомагнитных измерений отдает предпочтение миграции континентов перед миграцией полюсов хотя бы потому, что одновременное существование нескольких геомагнитных полюсов невероятно. Маловероятно также значительное отклонение положения магнитного полюса от оси вращения Земли или изменение положения оси вращения по отношению к основной массе планеты. Примерно в это же время Е. Ирвинг, тогда работавший в Национальном университете Австралии, определил палеомагнитными методами палеошироты Северной Америки, Европы и Австралии, сопоставив свои результаты с палеоклиматическими данными. Он показал, что, за исключением докембрия, две независимые серии данных хорошо согласуются между собой. Коралловые рифы и отложения древних пустынь ложатся в пределы низких палеомагнитных широт, тогда как ледниковые отложения попадают на высокие широты. Ирвинг из палеомагнитных данных вывел траектории перемещения полюсов, установив, что кривая для Северной Америки располагается западнее аналогичной кривой для Европы. Из своих результатов он сделал вывод, что в течение палеозоя и мезозоя Северная Америка находилась ближе к Европе, чем сейчас, и что Индия, Австралия, Северная Америка и Европа испытывали латеральные перемещения.

3.4 Совмещение континентов

Предложено много различных схем совмещения континентов. Некоторые из них стали общепринятыми, тогда как другие остаются спорными. Одна из реконструкций соединяет континенты по обе стороны Атлантического океана. Расчеты на ЭВМ, выполненные английским геофизиком Эдвардом Буллардом с соавторами, показали настолько точное совпадение контуров континентальных окраин Южной Америки и Африки, что достоверность реконструкции не оставила никаких сомнений. Эти же авторы показали хорошее совпадение изобат между 100 и 1000 м. Морские геологи Дитц и Холден продемонстрировали такое же идеальное совпадение контуров Северной Америки и Африки. Критерием достоверности подобных реконструкций служит степень перекрытия или зияния между сопоставляемыми контурами. Предложено два разных варианта соединения континентов Северного и Южного полушарий. Вегенер предполагал, что все континенты были соединены в начале мезозоя в единый суперконтинент Пангею. Южноафриканский геолог Дю Тойт выдвинул альтернативную гипотезу о существовании двух крупных континентальных массивов - Гондваны в Южном полушарии и Лавразии в Северном. Эти два крупнейших массива суши были разделены обширным водным пространством, названным морем Тетис. Оно простиралось от современных Атласских гор на западе до Гималаев на востоке. За 200 млн. лет на его дне накопились мощные толщи осадков. Раскол Гондваны и движение входивших в нее континентов на север, в сторону Евразии, привели к замыканию моря Тетис и к скучиванию мощных осадочных толщ в виде складчатых горных цепей Альпийско-Гималайского пояса. Самым эффектным было воздымание Гималаев в результате столкновения Индии с Азией.

4. Современная теория спрединга океанского дна

4.1 Появление понятия «спрединг»

В 1961--1968 гг. усилиями американских, английских, канадских и французских геофизиков и геологов были разработаны основы новой мобилистской теории, первоначально больше известной как новая глобальная тектоника, а затем тектоника плит (точнее, тектоника литосферных плит). Зародышем ее явилась идея об образовании океанов в результате раздвижения континентов и разрастания пространства молодой океанской коры начиная от осей срединно-океанских хребтов. Этот процесс был впервые описан американскими геологом Г. Хессом и геофизиком Р. Дитцем и получил от последнего название спрединга океанского дна (спрединг буквально означает распространение, разрастание). Особая привлекательность предложенной теории спрединга заключается в том, что она не противоречит основным фактам, накопленным морской геологией и геофизикой, и в то же время хорошо согласуется с физическими законами. Направления и скорости движения, выведенные как из концепции спрединга океанского дна, так и из гипотез дрейфа континентов, великолепно согласуются между собой. Наконец удалось найти разумный механизм раскалывания и перемещения континентов. С момента своего появления идея спрединга океанского дна, в деталях разработанная Хессом и Дитцем, служит глубокому пониманию природы океанских бассейнов и их окраин. Новые факты почти всегда согласуются с этой универсальной концепцией. В сущности, именно теория спрединга вызвала в науках о Земле ту бурную перестройку, которая известна теперь под названием Вегенеровской революции. Истинная научная революция всегда сближает, разные науки, вызывая их тесное взаимодействие. Подобно другим революционным научным концепциям, теория спрединга океанского дна основана на многих научных идеях, среди которых укажем следующее:

1. Совпадение контуров берегов на палеореконструкциях и другие доказательства дрейфа континентов.

2. Высота и рельеф срединно-океанских хребтов.

3. Закономерное увеличение мощности осадков по мере удаления от оси

срединного хребта.

4. Вулканическая активность в осевых зонах хребтов.

5. Сейсмическая и вулканическая активность определенного типа океанских

окраин; развитие там островных дуг.

В дополнение к перечисленному Дж.Т. Уилсон из Торонтского университета в 1963 г. Показал, что возраст островов Атлантического океана закономерно увеличивается с удалением от оси срединного хребта. К тому времени батиметрические съемки Б. Хизена и его коллег из Ламонтской обсерватории выявили симметричность рельефа флангов срединно-океанских хребтов. М. Юинг и его сотрудники из Ламонтской обсерватории получили большое количество сейсмопрофилей океанских бассейнов, показавших симметричное по отношению к оси срединно-океанского хребта увеличение мощности осадочного чехла от почти нулевых значений на гребне до нескольких километров на континентальной окраине. Из этого

можно было заключить, что осадконакопление продолжалось вдали от центра спрединга более длительное время, чем вблизи него.

4.2 Доказательства спрединга магнитными аномалиями

Хотя многие факты вплотную подводили исследователей к концепции спрединга, самые решающие свидетельства его реальности были все же получены в результате магнитных съемок крупных сегментов океанского дна. К 1958 г. Были созданы высокочувствительные магнитометры, способные измерять земное магнитное поле вплоть до 1/100000 его величины. Вакье и др., Мейсон и Рафф из Скриппсовского океанографического института, работая с этими приборами, на дне северо-восточной части Тихого океана обнаружили картину четко очерченных линейных магнитных аномалий субмеридионального простирания (рис. 4-5). Открытие вызвало большой интерес. Наблюдавшуюся картину линейных аномалий объясняли чередованием лавовых потоков и осадочных толщ, накопившихся в узких трогах. На картине линейных аномалий были видны также крупные горизонтальные смещения (амплитудой до 1400 км) по зонам разломов. Первоначально эти смещения интерпретировались как громадные сдвиги океанской коры. Другим открытием, требовавшим объяснения, было обнаружение положительной магнитной аномалии над рифтовой долиной Срединно-Атлантического хребта. Эта аномалия прослеживалась уверенно даже там, где рифтовая долина развита слабо или вовсе отсутствует. Еще больше удивило направление аномалии: оно оказалось противоположным тому, которое можно было ожидать на основании уменьшения объема земной коры в рифтовой долине. В начале 60-х гг. независимо от деятельности морских геологов была построена временная шкала палеомагнитных инверсий. Примерно в это же время (в 1963 г.) Ф. Вайн и Д. Меттьюз из Кембриджского университета дали простое объяснение загадочной аномалии над осью срединных хребтов и линейным (полосовым) магнитным аномалиям, обнаруженным в северо-восточной части Тихого океана. Они объединили гипотезу спрединга океанского дна Хесса с новыми данными об истории инверсий земного магнитного поля, предположив, что каждая новая порция океанской коры, сформировавшись в результате подводных излияний лавы в рифтовой зоне срединного хребта, намагничивается по направлению геомагнитного поля, существующего во время ее охлаждения (рис. 4). При последующем раздвигании новообразованных участков коры в стороны от оси хребта они должны формировать чередующиеся полосы прямой и обратной намагниченности. Полосовые аномалии, измеренные судовыми магнитометрами с поверхности океана, рисуются как положительные и отрицательные на фоне сглаженного геомагнитного поля (рис. 4). Если полоса намагничена прямо по отношению к направлению современного геомагнитного поля, то величина ее намагниченности добавляется к фоновой и мы получим увеличение интенсивности. Если же полоса намагничена в обратном направлении (т.е. имеет обратную полярность), то интенсивность ее намагниченности вычитается из геомагнитного поля и мы наблюдаем низкую величину аномалии. В середине 60-х гг., когда палеомагнитная шкала для молодых возрастов уже была хорошо разработана, Вайн и Уилсон начали коррелировать с ней картину полосовых магнитных аномалий. Дж.Т. Уилсона, например, вдохновил на это доклад Н. Опдайка о палеомагнитной стратиграфии, представленный в 1965 г. На Международной конференции по Гондване в Монтевидео. На основе данных Опдайка он развил свои прогрессивные концепции спрединга. Великолепная корреляция между картиной полосовых магнитных аномалий и палеомагнитной шкалой времени привела его, таким образом, к плодотворному объединению палеомагнетизма с гипотезой спрединга океанского дна Хесса и Вайна - Меттьюза. Поскольку срединно-океанские хребты представляют собой протяженные линейно вытянутые структуры, то в ходе спрединга возникают узкие длинные полосы прямой и обратной полярности (рис. 4-7). Центральная положительная аномалия над гребнем хребта (рис. 4-7) отражает формирование океанской коры в современную эпоху прямой полярности геомагнитного поля. Ирония судьбы: сходную модель разработал и представил для опубликовать в 1963 г. Канадский геофизик Л.В. Морли, но его статья была отвергнута, поскольку редакция сочла ее слишком спекулятивной. До настоящего времени нет общепринятого мнения относительно мощности и магнитной восприимчивости слоя базальтов, создающего полосовые магнитные аномалии. Вайн и Меттьюз предполагали, что магнитовозмущающий слой охватывает всю океанскую кору. Прямые измерения магнитных свойств пиллоулав в образцах, добытых с осевой зоны Срединно-Атлантического хребта и отобранных из наземных обнажений поднятой океанской коры, показали, однако, что только лавовые подушки обладают стабильной остаточной намагниченностью и величина их магнитной восприимчивости достаточна для создания наблюдаемых аномалий при общей мощности всего 400 м. Идеи Вайна и Меттьюза, а также другие близкие к ним модели были рассмотрены в 1966 г. На годичных собраниях Американского геофизического союза в Вашингтоне и Американского геологического общества в Сан-Франциско. Было решено обнародовать эти открытия, вести эффективную борьбу с оставшимися еще противниками новых теоретических построений и провозгласить вступление в эру революционного пересмотра взглядов о динамике Земли.

Симметрия магнитных аномалий по отношению к оси срединно-океанского хребта распространяется на пределы его гребня и склонов до дна глубоководных океанских котловин на расстояние не менее 2000 км. Отсюда следует, что почти все дно современного Мирового океана образовалось в результате спрединга. Если полосовые магнитные аномалии соотнести со шкалой геологического времени на всем пространстве океанского ложа, где развиты эти аномалии, то можно получить прямую зависимость возраста коры от расстояния до оси срединного хребта и определить скорости спрединга на любом отрезке хребта. Чтобы решить эту задачу, нужно иметь высококачественные длинные магнитные профили, перпендикулярные оси хребта, породившего аномалии. На таких профилях, выполненных, например, Хейртцлером с сотрудниками для хребта Рейкьянес к югу от Исландии (рис. 5), хорошо видна симметрия аномалий по отношению к оси хребта. К счастью, в Ламонтской обсерватории к тому моменту уже накопилось большое количество магнитных профилей, полученных за несколько лет в ходе стандартных съемок. Это позволило Дж. Р. Хейртплеру, В. К. Питману, Дж. О. Диксону и К. Ле Питону быстро завершить первую фазу исследований.

Равномерной периодичности инверсий геомагнитного поля нет. Если бы она существовала, то сходство формы магнитных аномалий затрудняло бы определение по ним возраста океанской коры. На самом же деле магнитные аномалии, возникшие в определенные моменты геологического времени, имеют свои отличительные черты, часто позволяющие узнавать их с первого взгляда, подобно годовым кольцам на спиле дерева, отражающим изменения климатических условий роста. Изгибы аномалий на профилях различны по форме. Форма некоторых из них особенно характерна, благодаря чему такие аномалии служат ключевыми изохронами при корреляции и датировании, Последовательность кайнозойских аномалий обозначена номерами от 1 до 33 в порядке увеличения возраста (рис. 6). Номера мезозойских аномалий снабжены индексом М и пронумерованы от МО (108 ± 2 млн. лет) до М25 (153 млн. лет). Качество магнитных профилей неодинаково, но для построения палеомагнитных шкал времени использованы только исключительно четкие записи. На профилях худшего качества идентификация отдельных аномалий неоднозначна. Аномалии могут быть слабо развиты или вообще стерты в районах со сложным тектоническим строением, например там, где ось срединного хребта рассечена многочисленными зонами разломов. Изучив последовательность полосовых магнитных аномалий по нормали к активным центрам спрединга и использовав известную тогда шкалу магнитных инверсий для последних 3,5 млн. лет, Хейртцлер и др. построили возрастную шкалу кайнозойских и позднемеловых (0-79 млн. лет) аномалий океанского дна (рис. 7). Эта прогнозная возрастная шкала основана на двух главных допущениях. Во-первых, предполагается, что профили магнитных аномалий над океанскими хребтами и котловинами, согласно гипотезе Вайна и Меттьюза, отражают более древние инверсии геомагнитного поля; во-вторых, скорость спрединга считается постоянной. Разрешающая способность шкалы выведена из профилей северной части Тихого океана с большими скоростями спрединга. При построении такой шкалы данные о возрасте экстраполируются на возрастной интервал, по длительности почти в 20 раз превышающий базовый. Как подчеркивали Хейртцлер и др., не исключено, что систематические ошибки, внесенные при этом, будут наращиваться с увеличением возраста. Тем не менее возраст границы между мелом и палеогеном, установленный по палеомагнитной шкале, оказался лишь немногим моложе радиологического. После того как Хейртцлер и его соавторы создали возрастную шкалу палеомагнитных инверсий, было сделано несколько попыток повысить ее разрешающую способность. Для этого привлекались новые профили магнитных аномалий, определения возраста маркирующих инверсий в наземных разрезах, а особенно - сравнение палеомагнитных определений возраста базальтового фундамента с биостратиграфическими датировками базального слоя осадков в скважинах глубоководного бурения. Возраст некоторых аномалий удалось определить непосредственно путем пробуривания всей осадочной толщи до фундамента. В результате этих исследований было установлено, что аномалии с номерами до 32-го включительно образовались за последние 76 млн. лет (рис. 7). Для последних 60 млн. лет существует отчетливая линейная зависимость между предсказанными и палеонтологически определенными возрастами фундамента. Построенная по средней скорости спрединга возрастная шкала в целом подтвердилась. Это означает, что по крайней мере в точках, где имеются скважины, пробуренные до фундамента, нахождение сколько-нибудь значительных толщ более древних осадков внутри базальтов маловероятно. Однако многие данные показали, что допущение постоянства скорости спрединга часто приводит к небольшим, а в некоторых случаях к значительным ошибкам. Например, возраст аномалии 24 по экстраполяции Хейртцлера и др. составляет 60 млн. лет, а по данным Тарлинга и Митчелла -49 млн. лет. Шлих, Ларсон и Питман установили постоянное несовпадение палеомагнитных определений возраста и биостратиграфических датировок осадков, залегающих непосредственно над базальтами (рис. 8). Это

несовпадение было впоследствии устранено Ла Брекье и др. путем пересмотра некоторых биостратиграфических определений возраста. Количество подобных противоречий и расхождений во мнениях как будто возрастает по мере увеличения возраста, хотя в ряде случаев их удалось успешно разрешить, допуская различия в скоростях спрединга. Обычно же совпадение палеомагнитных и биостратиграфических возрастов удивительно хорошее, особенно если учесть искажения, которые вносятся в биостратиграфические датировки эрозией, перерывами осадконакопления, обновлением вулканической деятельности и неточностью определений абсолютного возраста стратиграфических единиц. Результаты глубо-ководного бурения не только хорошо согласуются с гипотезой спрединга океанского дна, но служат веским доказательством ее правильности. При дальнейшем уточнении палеомагнитной возрастной шкалы будут учтены изменения скорости спрединга, а также некоторые новые геохронологиче-ские данные. Временную шкалу палеомагнитных аномалий удалось также распространить на мезозой. Ларсон и Питман продлили ее до поздней юры (152 млн. лет назад). Они показали, что в интервале между 100 и 150 млн. лет назад существовали периоды обращений магнитного поля, прерывавшиеся длительными периодами преимущественно прямой полярности, известными под названием меловых и юрских зон спокойного магнитного поля. Последние выражены на дне океана в виде областей со сглаженными аномалиями.

4.3 Определение возраста океанской коры

Установление последовательности и времени образования магнитных аномалий дало в руки геологов эффективный метод составления карт возраста океанской коры для обширных регионов. На таких картах виден сложный мозаичный рисунок серий чередующихся линейных магнитных аномалий, рассеченных зонами разломов, покрывающих почти все ложе океана. К 1974 г. Питман, Ларсон и Херман, используя данные разных исследователей, составили первую карту возраста коры всего Мирового океана (рис. 9). Широкой изогнутой полосой на карте показаны молодые срединно-океанские хребты. Видно, как возраст коры становится последовательно древнее по обе стороны от оси хребтов в полном соответствии с моделью спрединга океанского дна. Одним из самых поразительных открытий, сделанных при изучении океанов, было обнаружение относительной геологической молодости их дна. Еще до разработки палеомагнитной шкалы на молодой возраст океанов указывали результаты работ с поршневыми трубками в разных районах Мирового океана, ибо колонки нигде не вскрывали осадков древнее меловых. Но это было недостаточно доказательным, пока не началось бурение. И здесь опять пришли на помощь палеомагнитные данные, также свидетельствовавшие в пользу молодого возраста океанских бассейнов. Сеть аномалии от 1-й до 32-й покрывает больше половины дна мирового океана (рис. 9), а это значит, что преобладающая часть ложа океана сформировалась менее чем за 76 млн. лет. Глубоководное бурение DSDP подтвердило этот вывод. Наиболее древние участки океанской коры по геофизическим данным или по палеонтологическим датировкам имеют позднеюрский возраст (около 170 млн. лет). Кора такого возраста встречается на окраине Северной Атлантики, в северо-западной части Тихого океана и в районе к западу от Австралии. Не обнаружено ни одного участка с досреднеюрской океанской корой. Таким образом, все дно современных океанов образовалось в ходе спрединга менее чем за 5% геологического времени. Значительно более древние породы найдены на некоторых континентальных окраинах, но они принадлежат к континентальным блокам. Многие породы континентальной коры древнее позднего мезозоя. Самые древние среди них имеют возраст около 3,7 млрд. лет. Но допозднемезозойские породы встречаются исключительно на континентах. Сохранность пород континентальной коры в течение длительного времени объясняется их малой плотностью. Из-за этого континентальные блоки не погружаются в мантию даже в тех случаях, когда они (например, Индия) попадают в зону субдукции. Отсутствие доюрской океанской коры указывает на существование глобальной системы ее обновления и уничтожения. На рис. 10 приведена гистограмма процентов площадей дна современного Мирового океана с разными диапазонами возраста. Гистограмма демонстрирует уменьшение площадей по мере увеличения возраста, особенно отчетливое в диапазоне возрастов древнее 80 млн. лет (поздний мел). В геологическом смысле океаны - явление временное. По карте возраста океанской коры выявляются важные особенности отдельных регионов, которые будут более детально обсуждаться ниже.