Основные выводы о дрейфе континентов и миграции полюсов

В современной литературе выражения «дрейф континентов» и «миграция полюсов» употребляются порою в довольно различном смысле, возникает неясность, как они соотносятся друг с другом; неясность можно устранить, лишь точно сформулировав эти определения. Это необходимо и для того, чтобы смысл, заложенный в эти слова, был ясен.

Все положения теории дрейфа основываются на относительном перемещении континентов, т. е. на смещении частей земной коры относительно произвольно выбранной её части. В реконструкциях на рис. 4, в частности, даны перемещения континентов относительно Африки, так что Африка на всех картах реконструкции изображается в одинаковом положении. Выбор исходного континента пал на Африку потому, что она представляет собой ядро бывшей древней континентальной глыбы. Если ограничиться исследованием одной части земной поверхности, то, естественно, систему отсчёта следует перенести на более узкую область этой части и затем изображать эту отсчётную область в неизменном положении. Выбор такой области сделан из соображений целесообразности. В результате недавно организованного наблюдения за изменением географических долгот позднее, возможно, перейдут к определению континентальных перемещений на всей Земле относительно Гринвичской обсерватории.

Рисунок 4. Реконструкции карты Земли для трёх периодов согласно теории дрейфа материков.

Рисунок 4. Реконструкции карты Земли для трёх периодов согласно теории дрейфа материков.
Заштриховано глубоководье, пунктиром обозначено мелководье. Современные контуры континентов и реки указаны только для наглядности. Использована современная сеть географических координат (за центр системы отсчёта условно принята Африка).



Чтобы избавиться от произвольного выбора системы отсчёта, можно было бы определить уравновешенные континентальные перемещения, которые нужно было бы установить относительно всей земной поверхности вместо её части. Такое определение практически связано с большими трудностями и пока не предполагается.

Важно представить себе полную произвольность того, что используемая нами система отсчёта связана с Африкой. Если, например, Моленграфф [228] подчёркивает, что Средне-Атлантический вал свидетельствует о движении Африки от него на восток, то я не могу в этом признать противоречия с теорией дрейфа. Относительно Африки двигались Америка и Средне-Атлантический вал на запад, в частности, первая примерно вдвое быстрее последнего; относительно Средне-Атлантического вала Америка двигалась на запад, а Африка примерно с такой же скоростью — на восток; относительно Америки как Средне-Атлантический вал, так и Африка двигались на восток, последняя вдвое быстрее первого. При относительности движения все три высказывания идентичны. Но если мы выберем Африку в качестве системы отсчёта, то, согласно определению, мы не сможем установить движения этого континента. Мы уже говорили о том, что этот выбор был бы наиболее целесообразным, если связать систему отсчёта не с отдельной частью Земли, а со всей земной поверхностью.

Определяемые таким образом континентальные перемещения ещё не содержат никаких выводов об изменении долготы в позиции полюса или субстрата. Я считаю важным отделить эти понятия от понятия континентального дрейфа.

Миграция полюсов — геологическое понятие. Поскольку геологу доступна только верхняя часть земной коры и о прежнем положении полюсов можно судить только с помощью ископаемых свидетельств климата на поверхности Земли, то мы вынуждены считать смещение полюсов поверхностным явлением, т. е. вращением системы параллелей относительно всей земной поверхности или, что также, вследствие относительности всего движения, даёт тот же результат, — вращением всей земной поверхности относительно системы параллелей. Чтобы реально проявиться, это вращение, естественно, должно происходить вокруг оси, которая отклоняется от оси вращения Земли. Вопрос о том, как ведёт себя при этом внутренность Земли: покоится ли она относительно системы параллелей или относительно земной поверхности, или, что также возможно, вращается относительно обеих, совершенно не затрагивается при этом определении. А это необходимо для внесения ясности. Поверхностные — смещения полюсов в этом смысле могут быть доказаны для древних периодов только лишь ископаемыми показателями климата. Геофизика о наличии или возможности таких смещений судить не может.

Установление миграции полюсов по этому определению, однако, связано с трудностями вследствие одновременного проявления континентальных перемещений. Не будь континентальных перемещений, можно было бы непосредственно сравнивать друг с другом положения полюсов, найденные по ископаемым показателям климата, и легко определять направление и величину миграции полюса. Но если в промежутке между двумя рассматриваемыми моментами времени перемещения континентов имели место, то мы на основе климатических показателей можем найти для обоих моментов времени положение полюсов на обеих картах Земли, реконструированных с учётом континентального дрейфа. Но тут возникает своеобразное затруднение, потому что мы не знаем, каким принять для момента 2 «неизменное», т. е. совпадающее с моментом 1, положение полюса, от которого нужно было бы вычислять величину и направление смещения.

Можно было бы поступить, например, следующим образом: если представить себе градусную сетку к моменту 1 прочно зафиксированной на тогдашней поверхности Земли, то к моменту 2 она окажется деформированной вследствие перемещения континентов. Если мы теперь отыщем такую недеформированную градусную сетку, которая как можно ближе сходится с деформированной,1 то её полюса будут «непереместившимися» для момента 2, а их сравнение с подлинным положением полюса, выведенным по ископаемым показателям климата для момента 2, даёт величину смещения полюсов между эпохами 1 и 2.

Это было бы абсолютное поверхностное смещение полюсов. Из-за указанного затруднения ещё не сделана попытка определения этого смещения; все исследователи всегда ограничивались указанием относительного поверхностного смещения полюсов, т. е. определением позиции полюсов относительно произвольно выбранного континента. Кёппен и автор [151] использовали для этого снова Африку и, следовательно, описали смещение полюсов относительно Африки. Если же выбрать в качестве исходного другой континент, то, конечно, смещение полюсов будет совсем другим. Если бы смещения континентов не происходило, то при любом выборе можно было бы найти то же самое, а именно абсолютное смещение полюсов. Насколько различным получается относительное смещение полюсов вследствие дрейфа континентов в зависимости от выбора отсчётного континента, показывает рис. 38, который изображает одно и то же смещение полюсов с мелового периода вначале относительно Африки, затем относительно Южной Америки.

Рисунок 38. Перемещение Южного полюса с мелового периода.

Рисунок 38. Перемещение Южного полюса с мелового периода.
Слева — относительно Южной Америки, справа — относительно Африки.



Современное смещение полюсов, как можно заключить по данным Международной службы наблюдения географических широт, может относиться только к земной поверхности. Это веха в ходе развития наших знаний относительно движения полюсов Земли. Недавно удалось установить продолжающееся и ныне смещение полюсов, тогда как раньше мы могли лишь констатировать их периодические колебания относительна неизменного среднего положения. В 1915 г. Ванах впервые установил перемещение среднего положения полюса, но вследствие очень малой тогда ещё величины этого перемещения не мог считать свой результат достоверным.

Первое численно несомненное доказательство привёл Ламберт в 1922 г., а недавно новый вывод о смещении полюсов сделал Ванах [208] на основе наблюдений Международной службы широт, проведённых с 1900.0 по 1925.9. На рис. 39 мы приводим один из чертежей Банаха, который хорошо отражает количественную картину. Общее перемещение полюсов,, как известно, состоит из кругообразного, то с большим, то с меньшим радиусом, движения полюса вращения вокруг полюса инерции. Чтобы сделать рисунок наглядным, Ванах изобразил из всех перемещений полюса только три фрагмента, а именно — с самым малым радиусом в период с 1900.9 до 1901.2, затем с очень большим радиусом в период с 1909.9 до 1911.1 и снова с малым радиусом в период с 1924.7 до 1925.9. Полюс инерции Земли, который всегда лежит в центре этого кругообразного движения и вычисляется посредством уравнений, сместился за 1900–1925 гг. вдоль короткой наклонной линии, изображённой в центре чертежа. Его годовое движение (современное смещение полюсов за год) составляет 14±2 см, или 140 км (1.3°) за миллион лет. Эта величина больше, чем скорость смещения полюсов в течение мезозоя, выведенная по геологическим данным, но меньше, чем в третичном периоде. При постоянной скорости и направлении движения Северный полюс за 23 млн. лет достиг бы южной оконечности Гренландии.

Рисунок 39. Перемещение полюса с 1900 по 1925 г., а также отдельно выбранные отрезки суммарного перемещения полюса (по Банаху).

Рисунок 39. Перемещение полюса с 1900 по 1925 г., а также отдельно выбранные отрезки суммарного перемещения полюса (по Банаху).



Это современное смещение полюсов теоретически соответствует не смещению полюсов по отношению к отдельному континенту, а скорее, хотя и не полностью, абсолютному смещению полюсов, отнесённому ко всей земной поверхности, поскольку обсерватории Службы широт распределены по всей Земле. Все же следует учесть, что для получения абсолютного смещения полюсов были бы необходимы точные измерения высоты полюса (наклонения) со всех точек земной поверхности, а Международная служба широт может дать нам лишь приближенные значения абсолютных смещений полюсов. Они могли бы быть точными лишь в том случае, если бы станции Службы широт не изменяли бы своего взаимного расположения вследствие дрейфа континентов. Однако что это происходит в действительности, подтверждается, видимо, выдвинутым Шуманном [220] соображением, что при определении вышеуказанного движения полюса выявляются остаточные ошибки, которые вследствие их систематического характера нельзя рассматривать как ошибки наблюдения, однако и происхождение их на первый взгляд не ясно.

По моему мнению, указанные смещения полюсов очень важно рассматривать как поверхностные и, таким образом, отделять вопрос об установлении реальности их существования от спорного вопроса о том, возникли ли они благодаря перемещению коры по её субстрату или являются следствием внутреннего смещения осей. В существующей современной литературе этого не делается, и в результате возникает неясность и путаница. До сих пор перемещение полюсов геологи доказывали эмпирически (геодезисты смещение полюсов выводили из определения широт), некоторые геофизики оспаривают возможность его существования по теоретическим причинам, а третья группа специалистов выдвигает компромиссное предложение: рассматривать его не как результат перемещения внутренней оси, а лишь как итог вращения коры над её субстратом. Чтобы ликвидировать эту неясность, необходимо более строго формулировать понятия, и первый шаг к этому — считать смещения полюсов поверхностными. Подобные поверхностные миграции полюсов установлены как для прошлых геологических периодов, так и для настоящего времени, и, следовательно, не имеет смысла обсуждать их вероятность.

Под перемещением и вращением коры следует понимать движения коры относительно её субстрата. Слово «кора» является противоположностью внутренности Земли, так что это определение вполне естественно. Мы имеем многообразные признаки такого перемещения коры над субстратом, но эти данные показывают только направления перемещений, но не их размеры.

Прежде всего мы имеем многочисленные признаки общего вращения коры, которое направлено на запад, т. е. совершается вокруг оси, совпадающей с осью вращения. К этому следует добавить и то обстоятельство, что малые глыбы в своём движении отскакивают от больших глыб и занимают более восточное положение, как это наблюдается в краевых цепях Восточной Азии, на Вест-Индских островах, Южно-Антильской дуге между мысом Горн и Землёй Грейама. Кроме того, имеет место поворот острых оконечностей континентов на восток, таких как шельфовые области Зондского архипелага и Флориды, южные оконечности Гренландии и Огненной Земли, северное окончание Земли Грейама, далее — отлом Цейлона, восточное перемещение Мадагаскара от Африки и Новой Зеландии от Австралии; следует упомянуть ещё и сжатие Анд. Все эти явления вначале подпадают под понятие континентального дрейфа, но свидетельствуют о систематическом перемещении на запад континентальных глыб относительно близко расположенных симатических масс океанического дна и поэтому указывают на то, что континентальные глыбы, вероятно, также перемещаются на запад относительно лежащих под ними масс симы. Поскольку эти признаки можно проследить по всей Земле, они становятся свидетельством общего вращения коры в западном направлении. Такое представление находит широкое подтверждение в современной геофизике.

С другой стороны, некоторые явления свидетельствуют также о частичном перемещении коры, в частности по направлению к экватору. Это можно предполагать уже по теоретическим соображениям вследствие существования силы, смещающей континентальные глыбы от полюсов к экватору. Громадная третичная складчатая система от Атласа до Гималаев свидетельствует о сжатии в направлении тогдашнего экватора, которое могло произойти только вследствие перемещения коры над субстратом.

Все это косвенные признаки. Более непосредственное свидетельство перемещения коры над субстратом даёт распределение силы тяжести. На этом следует остановиться подробнее.

На рис. 40 мы воспроизводим карту гравитационных аномалий в Центральной Европе, составленную Коссматом [38]. Действительно, наблюдаемые значения силы тяжести, как обычно, редуцированы таким образом, словно весь рельеф Земли сглажен до уровня моря и измерения как бы проводятся на этой отметке, т. е. кроме редуцирования на уровень моря из результата вычитается влияние континентальных масс, расположенных выше него. Редуцированное таким образом наблюдённое значение сравнивалось затем с нормальным значением силы тяжести, присущим данной географической широте, и разность, т. е. гравитационная аномалия, изображалась на рисунке.

Рисунок 40. Карта гравитационных аномалий g<sub>0</sub>-γ<sub>0</sub> Центральной Европы, составленная Ф. Коссматом и Г. Лиснером.

Рисунок 40. Карта гравитационных аномалий g00 Центральной Европы, составленная Ф. Коссматом и Г. Лиснером.
Аномалии даны в миллнгалах — тысячных долях абсолютной единицы ускорения, с м/с2 (по Боррасу, 1909 и 1912 гг.).



Он наглядно демонстрирует нам дефицит масс под горами, благодаря которому последние компенсируются почти изостатически. Коссмат утверждает: «Здесь можно прийти к мнению, уже высказанному некоторыми геофизиками и Геймом, что дефицит возникает не вследствие уменьшения плотности масс (разрыхления) и что благодаря складчатости относительно лёгкие (менее плотные) верхние части земной коры чрезвычайно утолщались и погружались в пластичный субстрат. Складчатые горы росли не только в высоту, но благодаря своему весу также и в глубину: росту складок вверх, как подчёркивал Гейм, противостоит ещё большее проникновение складчатого сооружения вниз». Поэтому на карте мы можем увидеть в некотором приближении топографию нижней стороны сиалической коры. Под Альпами, где аномалия силы тяжести достигает максимального отрицательного значения, подошва сиалической коры глубже всего погружена в симу. Но нас интересует в данном случае точное сравнение положения этих подземных складчатых масс относительно горных хребтов. Для этого мы просим читателя взять в руки атлас. При этом легко можно установить, что дефицит силы тяжести систематически смещается на северо-восток. Этот примечательный факт подтверждает, следовательно, что подземные складчатые массы в целом более или менее опрокинуты и смещены на северо-восток. Это с определённостью указывает на движение Европейской континентальной глыбы на юго-запад относительно лежащей под ней симы, при котором направленные вниз выступы, вдающиеся в симу, удерживаются трением. Если бы мы имели подобные карты гравитационных аномалий для всей Земли, то могли бы определить направление движений относительно расположенной внизу симы повсюду, где имеются недавно образовавшиеся утолщения глыб. Это, видимо, единственный прямой метод определения перемещения коры. В Европе оно происходит на юго-запад, следовательно, имеет западный компонент, который может соответствовать общему вращательному движению земной коры на запад, и южный компонент, соответствующий перемещению коры к экватору.

Теперь попытаемся ответить на вопрос; могут ли осуществляться поверхностные смещения полюсов вследствие перемещения коры над её субстратом? При этом речь может идти, очевидно, лишь об общем вращательном перемещении коры, а именно вокруг оси, сильно отклоняющейся от оси вращения. Наблюдения указывают на общее вращение коры только на запад, следовательно, вокруг оси вращения, и, значит, позволяют считать, что общее вращение коры, которое происходило бы вокруг существенно иной оси, могло бы быть также обнаружено по конфигурации поверхности Земли. Однако наблюдения не подтверждают правильности этого решения. А как обстоит дело с теорией? В какой степени частичное перемещение коры, направленное к экватору, и общее перемещение коры на запад, т. е. оба эмпирически обоснованных движения, подтверждаются теоретически, как результат «полюсобежной силы», смещающей материки от полюсов к экватору, и силы, связанной с приливными деформациями и с прецессией. Для предположения о вращении коры около оси, резко отклоняющейся от оси вращения, явно невозможно найти какое-либо приемлемое теоретическое объяснение. Благожелательное компромиссное решение некоторых авторов объяснять смещение полюсов общим вращением коры не имеет никакой поддержки ни с эмпирической, ни с теоретической стороны, но если это решение непригодно, то для объяснения поверхностного смещения полюсов остаётся только внутреннее смещение осей.

Говоря о смещении осей, прежде всего нужно подумать о перемещении оси внутри среды, окружающей её по всей длине. Поэтому мы будем применять данное выражение только в этом смысле. Необходимо различать внутреннее перемещение осей в теле Земли и астрономическое перемещение осей относительно мирового пространства. Сначала поговорим о первом.

Как будет показано ниже, к вопросу о том, происходит ли поверхностное смещение полюсов благодаря внутреннему перемещению осей можно подойти как с теоретической, так и с эмпирической стороны. Что касается теоретической стороны, то ряд авторов определённо утверждают, что внутренние перемещения осей в требуемых пределах невозможны; чтобы это подтвердить, Ламберт и Швейдер рассчитали, например, что даже перемещение Азии на 45° широты вызвало бы смещение инерционной оси Земли только на 1–2°. Само собой разумеется, что утверждения и расчёты таких видных геофизиков производят большое впечатление на геологов, которые не в состоянии проверить предпосылки этих расчётов и дать им оценку. Таким образом, подобные утверждения привели к нетерпимой путанице, ликвидация которой, как мне кажется, является настоятельной необходимостью для геофизиков-теоретиков.

Уже настораживают заключения таких выдающихся теоретиков, как лорд Кельвин, Рудзкий, Скиапарелли. Лорд Кельвин пишет в [212]: «Мы можем не только допускать, но и считать в высшей степени вероятным, что наибольшая ось инерции и ось вращения, всегда находившиеся близко друг к другу, в древние времена могли быть значительно удалены от их современного географического положения и что они постепенно могли переместиться на 10, 20, 30, 40 или больше градусов без того, чтобы когда-либо произошло внезапное возмущение поверхности вод или суши». Совершенно в том же смысле пишет Рудзкий [15]: «В случае, если бы палеонтологи пришли к убеждению, что распределение климатических зон в одну из прошлых геологических эпох указывает на позицию оси вращения, совершенно отличную от теперешней, геофизикам ничего не оставалось бы как принять это положение».

Несколько подробнее рассмотрел этот вопрос Скиапарелли [211] в одной малоизвестной работе. В. Кёппен привёл выдержку из его рассуждений [200]. При этом он рассматривает три случая: вполне твёрдой Земли совершенно жидкой (текучек) Земли и Земли, которая до известного предельного значения сил ведёт себя как твёрдая, но при превышении этого значения становится текучей. Во втором и третьем случаях он считает возможным неограниченное перемещение осей.

Но как же случилось, что другие авторы пришли к категорическому отрицанию возможности внутреннего перемещения осей? Простой ответ на это гласит: потому что они выдвигают неправильную предпосылку, что при этих процессах экваториальное утолщение Земли сохраняет неизменным своё положение! Все отрицания внутреннего перемещения осей исходят из этой не только необоснованной, но даже и недопустимой предпосылки.

Если мы воспользуемся этой неправильной предпосылкой, то и без вычислений станет ясно, что главная ось инерции Земли, а вместе с ней и ось вращения определены раз и навсегда. Радиус экватора Земли на 21 км длиннее полярного радиуса. Поэтому экваториальная масса утолщения огромна, расположена вокруг экватора и создаёт благодаря этому момент инерции, который гораздо больше моментов инерции, соответствующих экваториальным диаметрам Земли. Даже величайшие геологические события могут привести лишь к изменениям расположения масс, которые по сравнению с этим утолщением имеют совершенно незначительную величину. Если последнее остаётся неизменным, то и без вычисления видно, что главная ось инерции Земли может измениться лишь па минимальную величину, а ось вращения должна всегда находиться вблизи главной оси инерции Земли.

Однако я должен признаться, что мне трудно понять, как можно сегодня серьёзно предполагать, что экваториальное утолщение должно сохранять своё положение неизменным, словно Земля абсолютно неподвижна. Проявление изостатических компенсационных движений и относительные перемещения континентов достаточно убедительно свидетельствуют о том, что Земля обладает конечной степенью текучести; если это так, то и экваториальное утолщение должно иметь возможность переориентироваться. Нам здесь достаточно лишь продолжить рассуждения Ламберта и Швейдара: предположим, что полюс, соответствующий оси инерции, переместился (без изменения утолщения) на небольшую величину вследствие геологических процессов. Полюс вращения должен последовать за ним. Тогда Земля будет вращаться вокруг оси, немного отклоняющейся от прежней. Следствием этого должна быть переориентация экваториального утолщения. Из-за вязкости внутренних слоев Земли эта переориентация происходит медленно, возможно также, что она не полностью заканчивается и задерживается перед завершающим моментом: об этом последнем мы ничего не знаем. В первом приближении мы несомненно должны предположить, что в конечном итоге достигается полная переориентация, пусть и через длительное время. Но если она достигнута, то мы снова будем иметь такое же состояние, как после наступления геологического события: геологическая причина снова действует и перемещает главную ось инерции на участок х в том же направлении и, таким образом, этот процесс повторяется последовательно как угодно долго. Вместо однократного перемещения на величину х мы получаем, таким образом, прогрессирующее перемещение, скорость которого определяется, с одной стороны, величиной начального перемещения ху а с другой — вязкостью внутренних частей Земли; состояние покоя наступит не раньше, чем геологическая причина утратит своё действие; если, например, эта причина состоит в прибавлении массы m где-нибудь в средних широтах, то перемещение осей может прекратиться только тогда, когда такая дополнительная масса дойдёт до экватора или, точнее говоря, когда экватор достигнет её.

Конечно, проблема требует подробной математической разработки. Но, по моему мнению, вышеприведённого элементарного исследования достаточно, чтобы показать, что предположение о неизменяющемся экваториальном утолщении вносит фундаментальную ошибку, которая приводит к полному искажению существующей проблемы. По моему мнению, нет ни малейшего теоретического основания сомневаться в возможности и реальности очень больших, хотя и медленных, внутренних перемещений осей в течение геологического времени. Но было бы весьма желательно, чтобы проблема была в скором времени рассмотрена с теоретической стороны; правда, это будет не так просто, как при гипотезе о неподвижном, неизменяющемся утолщении.

Можно, однако, как уже говорилось, прийти эмпирическим путём к выводу о том, что поверхностная миграция полюсов происходит вследствие перемещения осей. Правда, пути, которые с этой целью выбираются, являются косвенными и поэтому мало надёжными, но примечательным образом все они указывают на реальность внутренних перемещений осей.

Сначала следует напомнить об изображённом на рис. 40 перемещении коры Европы над её субстратом в юго-западном направлении. Поскольку сиалические утолщения европейских горных цепей, смещённые на северо-восток, были вдавлены вниз главным образом в течение третичного периода, мы можем, пожалуй, предположить, что перемещение коры Европы в юго-западном направлении также происходило уже в начале третичного периода. Но в течение третичного периода географическая широта Европы увеличилась примерно на 40°, Северный полюс приблизился к Европе на эту величину, в то время как Европа одновременно передвинулась относительно субстрата к экватору! Это возможно, очевидно, лишь в том случае, если произошло внутреннее смещение осей, величина которого даже несколько превышала величину, вычисленную для поверхности Земли. Единственная возможность обойти этот вывод — предположить, что перемещение дефицита силы тяжести на северо-восток в Европе датируется только четвертичным периодом, а в третичный период дефицит массы систематически располагался юго-восточнее гор. Это, возможно, не совсем исключается, но представляется мне все же маловероятным.

К этому добавляется ещё другая эмпирическая возможность проверки, основанная на изучении смены трансгрессий и регрессий.

Многие авторы, как например Райбиш, Крайхгауэр, Земпер, Хайль, Кёппен и другие, уже говорили о том, что смещение осей должно быть связано со сменой трансгрессии вследствие эллипсоидальной формы Земли и замедленного приспосабливания последней к новому положению оси, в то время как море тотчас реагирует на её смещение. Рис. 41 поясняет это: поскольку океан при переориентации экваториального утолщения тотчас следует за смещением оси, а Земля отстаёт, в квадранте перед перемещающимся полюсом должна преобладать возрастающая регрессия, или осушение, в квадранте, расположенном позади полюса, — возрастающая трансгрессия, или затопление. Поскольку экваториальный радиус Земли на 21 000 м больше полярного, при смещении полюса между карбоном и четвертичным периодами, составляющем примерно 60°, если оно сопровождалось таким же внутренним перемещением осей, Шпицберген должен был бы подняться примерно на 20 км, а Центральная Африка опуститься примерно на такую же величину ниже уровня моря, и это в случае, если бы Земля сохраняла свою форму. Естественно, последнее не могло иметь места, ибо на переориентации экваториального вздутия вследствие текучести вещества Земли основывается возможность больших смещений осей. Однако в своём приспосабливании к смещению осей поверхность Земли, вероятно, отстаёт на величину порядка 100 м по сравнению с немедленным приспосабливанием к нему поверхности моря, это и должно было проявиться в трансгрессивном цикле.

Рисунок 41. Трансгрессии и регрессии при перемещении полюсов

Рисунок 41. Трансгрессии и регрессии при перемещении полюсов



Я пытался ответить на этот вопрос, произведя лишь предварительное исследование с помощью двух методов на примере эмпирического материала о трансгрессивных циклах. При этом могу утверждать, что оба метода приводят к выводу о существовании связи между внутренним смещением осей и миграцией полюсов.

Один метод заключается в сравнении трансгрессивных изменений, произошедших между девоном и пермью, с происходившим одновременно смещением полюсов. Строго говоря, следовало бы, конечно, воспользоваться подлинным перемещением полюсов, однако использованное здесь перемещение полюсов относительно Африки не очень сильно отличается от действительного. Во всяком случае, наибольшая неопределённость возникает вследствие того, что расположение и пространственное распространение трансгрессивных морей в различные периоды определены весьма приблизительно. Если мы нанесём на реконструированную карту Земли в карбоне береговые линии трансгрессивных морей по обычным палеогеографическим изображениям, приводимым, например, Коссматом или Л. Ваагеном для двух эпох — раннего девона и раннего карбона, то получим представленные на рис. 42 погрузившиеся и поднявшиеся за этот промежуток времени области (не следует смешивать с имевшимися в то время областями суши или расположенными под водой областями). В это время, однако, Южный полюс сместился от Антарктики к Южной Африке, так что Южная Америка попала в квадрант, расположенный «перед» перемещающимся полюсом. Северный полюс, наоборот, удалился от Северной Америки. Итак, правило подтверждается: перед полюсом — регрессия, за полюсом — трансгрессия.

Рисунок 42. Трансгрессия (пунктир), регрессия (заштриховано) и смещение полюсов за период от раннего девона до раннего карбона

Рисунок 42. Трансгрессия (пунктир), регрессия (заштриховано) и смещение полюсов за период от раннего девона до раннего карбона



В последующее время, от раннего карбона до поздней перми, полюса имели совсем другое направление смещения: Южный полюс переместился от Южной Африки к Австралии, Северный полюс приблизился к Северной Америке. Поднявшиеся и погрузившиеся за этот период области представлены на рис. 43. Здесь мы снова видим подтверждение правила, являющегося тем более убедительным, что условия, возникшие в Северной и в Южной Америке, были прямо противоположными.

Рисунок 43. Трансгрессия (пунктир), регрессия (заштриховано) и смещение полюсов за период от раннего карбона до поздней перми

Рисунок 43. Трансгрессия (пунктир), регрессия (заштриховано) и смещение полюсов за период от раннего карбона до поздней перми



Эти результаты, видимо, показывают, что смещение полюсов от девона до пермского периода действительно было связано с перемещением земной оси внутри Земли.

Однако необходимо упомянуть, что попытки продолжить эту проверку для других периодов истории Земли не привели до сих пор к положительным результатам. Ближайшие к нам периоды истории Земли во всяком случае отличались настолько незначительными перемещениями полюсов, что уже по этой причине они оказались непригодными для таких проверок. Но и для третичного периода с его большим и быстрым перемещением полюсов я до сих пор не смог получить отчётливых результатов. Возможно, что в данном случае нельзя больше обходиться относительными перемещениями полюсов, которые я использовал, и исследование должно базироваться на осреднённых данных о перемещениях. Наибольшее затруднение, однако, состоит несомненно в том, что трансгрессивные моря для отдельных периодов третичной эпохи, которая представляет интерес вследствие быстроты происходивших изменений, нанесены на карту не полностью или вообще на ней не показаны. Я предполагаю, что это и является причиной того, что до сих пор здесь отсутствует ясная картина.

Второй метод проверки состоит в том, чтобы вместо всей земной поверхности в течение ограниченного периода времени рассматривать лишь определённую, хорошо исследованную её часть относительно изменений на протяжении всей истории Земли (для нас — с эпохи карбона) и при этом сравнивать изменения её широт с трансгрессивным циклом. Так как должно действовать правило: «Перед полюсом — регрессия, позади него — трансгрессия», — то каждое увеличение широты должно быть связано с регрессией, каждое уменьшение широты — с трансгрессией. В качестве примера я использовал наиболее известный континент — Европу. Для изменения широты мы можем применить числа, выведенные Кёппеном — Вегенером [151] для Лейпцига (все широты северные), град.:

Таблица 6. Числа Кёппена-Вегенера для Лейпцига по изменениям широты
Период Севершные широты, градусы
Карбон0
Пермь13
Триас20
Юра19
Мел18
Эоцен15
Миоцен39
Начало четвертичного периода53
Настоящее время 51


Итак, от карбона до третичного периода широта увеличивается, затем до эоцена уменьшается, а от него до четвертичного периода снова увеличивается. Наибольшей широты Лейпциг достиг, пожалуй, только в середине четвертичного периода.

С другой стороны, геология учит, что от карбона до начала юрского периода в Европе вообще господствовала регрессия, но затем начались большие трансгрессии, создавшие юрское и меловое моря, и вплоть до эоцена большая часть Европы находилась под водой. С этого времени снова началась интенсивная регрессия, которая привела к полному осушению Европы. Даже небольшому заключительному увеличению широты с четвертичного периода, видимо, опять соответствуют некоторые явления трансгрессии. Во всяком случае в общих чертах правило хорошо подходит, и это для нас особенно важно, так как Европа является наиболее изученным континентом. Итак, этот пример, очевидно, показывает что перемещения полюсов действительно связаны со смещением земной оси внутри Земли.

В заключение мы хотим кратко коснуться вопроса о том, осуществляла и осуществляет ли земная ось астрономические перемещения, т. е. колебания относительно системы неподвижных звёзд.

О том, что такие колебания существуют в настоящее время, известно из астрономии. Очень давно известно прецессионное движение, в силу которого полюс за 26 000 лет огибает кривую вокруг полюса эклиптики, причём без изменения наклона земной оси к орбите Земли, т. е. среднего наклона к эклиптике. К этому добавляется небольшое нутационное колебание, которое в этом аспекте не принимается во внимание вследствие его малой величины. Но, кроме того, подсчёт отклонений в движении земной оси показывает, что её наклон к эклиптике характеризуется также почти периодическими колебаниями в несколько градусов с периодом около 40 000 лет. Несмотря на малую величину, они имели в течение четвертичного периода, в совокупности с соответствующими изменениями долготы в перигелии и эксцентриситетом орбиты, решающее влияние на последовательную смену ледниковых и межледниковых периодов.

Мы можем предполагать, что эти колебания кривой эклиптики продолжались на протяжении всей истории Земли и при этом оказывали такое же влияние на климат, как в четвертичный период. Если, например, недавно в пермокарбоновом оледенении нашли следы повторно сменяющихся наступаний и отступаний ледника, а дальнейшие исследования, возможно, увеличат количество этих следов, то весьма вероятно, что в их возникновении это периодическое колебание наклона эклиптики имело, по-видимому, такое же решающее значение, как при соответствующих колебаниях в четвертичный период. Было высказано также предположение, что и периодические изменения в седиментационном процессе связаны с колебанием наклона эклиптики.

Однако на вопрос, произошли ли в ходе истории Земли существенные изменения среднего значения, на которое эклиптика периодически отклонялась в ту или иную сторону, астрономические вычисления не дают нам ответа по двум причинам. Во-первых, при таких вычислениях отклонений в движении Земли должны учитываться массы всех планет Солнечной системы, известные лишь с ограниченной точностью. Поэтому распространение расчёта на геологические периоды (за исключением самого позднего — четвертичного) является иллюзорным. Во-вторых, Земля не является жёстким твёрдым телом, как это принимается при указанных вычислениях; в ней осуществляются внутренние течения, она подвержена перемещениям континентов и всей коры и, вероятно, также смещению оси вращения внутри неё. Все это должно оказывать большое влияние на результаты вычислений, но математический расчёт влияния этих фактов пока невозможен. Таким образом, с этой стороны мы не можем получить дальнейших сведений.

Я хотел бы, однако, обратить внимание на особенность геологических климатов, которая представляет в этой связи большой интерес. После того как в тогдашней Южно-полярной области, расположенной в Гондване в перми и карбоне происходило нечто в некоторой степени сходное с современными процессами образования материковых ледников, во все последующие периоды — триасовый, юрский и меловой, вплоть до раннетретичной эпохи, нигде на Земле мы не находим достоверных следов материкового оледенения. Между тем большую часть времени по крайней мере один из полюсов располагался на суше или поблизости от неё, и следовательно, вряд ли отсутствовала возможность образования материкового льда. Одновременно мы встречаем поразительно глубокое проникновение растительного и животного миров в сторону полюсов. Новые массы материкового льда образовались на Северном полюсе только в течение третичного периода и наибольшего распространения достигли в четвертичном периоде. Эти колебания в распространении полярного климата можно хорошо объяснить, предположив, что среднее значение, на которое отклоняется в ту или иную сторону эклиптика за 40 000-летний период, подвергалось в ходе истории Земли значительным изменениям, а именно: в периоды материкового оледенения наклон эклиптики был меньше, а в те периоды, когда ледников не было и происходило значительное распространение организмов в сторону полюсов, — больше.

Нетрудно выяснить влияние таких изменений наклона эклиптики на климатическую систему Земли. Для этого нужно только представить себе, что годовое колебание температуры в значительной степени обусловлено наклоном оси вращения Земли по отношению к эклиптике. Если бы наклон эклиптики (по отношению к экваториальной плоскости) был бы равен нулю, т. е. земная ось была бы ориентирована перпендикулярно к плоскости орбиты Земли, то при незначительности эксцентриситета орбиты не было бы вообще годового колебания температуры и повсюду на Земле на протяжении всего года господствовала бы температура, постоянная во времени, как это имеет место в настоящее время только в тропиках. В полярной области тогда на протяжении всего года стояла бы свойственная ей очень низкая средняя температура: зима, правда, была бы теплее, чем теперь, но температура оставалась бы постоянно ниже точки замерзания. Лето не отличалось бы от зимы. Растительность тогда бы здесь отсутствовала, так как в течение всего года не было бы периода вегетации. Следовательно, растительный мир был бы оттеснён далеко от полюса, а за ним должны были бы последовать и наземные животные. Все осадки выпадали бы круглый год в виде снега и никогда бы не таяли, потому что при отсутствии летнего тепла не было бы и периода таяния. Следовательно, снег скапливался ’бы в полярных областях, которые нацело покрылись бы материковым льдом.

С другой стороны, если бы наклон эклиптики был больше, чем теперь, то резко возросли бы годовые колебания температуры в полярных областях. Лето было бы там намного теплее, что позволило бы растениям, а с ними и наземному животному миру заселить всю область, вплоть до полюса; если бы средняя температура самого тёплого месяца превышала + 10°С, там могли бы расти даже высокоствольные деревья, ибо некоторые формы, как это видно в Сибири, могут переносить суровые зимние холода. Осадки выпадали бы летом в виде дождя, а выпадающие в виде снега зимние осадки без труда бы таяли, поэтому при такой низкой средней годовой температуре, как и в Сибири, здесь не мог бы образоваться материковый лёд.

При этом средняя годовая температура в полярных областях повысилась бы лишь в небольшой степени, так как более сильное излучение летом не может полностью компенсироваться достаточно сильными излучательными потерями тепла зимой. Дело в том, что если в течение года Солнце только один раз опускается и стоит ниже горизонта, то для баланса излучения безразлично, насколько низко под горизонтом оно стоит. Таким образом, по индикаторам климата среди растительного и животного мира материков тех времён можно сделать заключение об уменьшении с течением времени различий в климате между полюсом и экватором.

Перечисленные палеоклиматические свидетельства подобных колебаний полярного климата в ходе истории Земли требуют безусловно дальнейшего исследования. Нужно также учесть, что для таких колебаний могут быть найдены и другие причины. Однако пока мне представляется достаточно вероятным, что они реальны и что их лучше всего можно объяснить изменением наклона эклиптики. По-видимому, они указывают нам, что наряду с известными астрономическими изменениями в ориентации оси Земли происходили и другие, которые не поддаются астрономическому вычислению.

Следующая статья   |   А. Вегенер: «Происхождение континентов и океанов»