Распад Мезогеи в позднем рифее и формирование Пангеи в конце палеозоя
Как и предыдущие суперконтиненты, Мезогея просуществовала недолго (не более 100-150 млн лет), и уже где-то около 900 млн лет назад начался её распад на две части: северную — Лавразию и южную — Гондвану. Приблизительно 850 млн лет назад между ними возник широкий океанический бассейн — Прототетис. Около 800-750 млн лет назад Лавразия переместилась в северную приполярную область, а Гондвана — к Южному полюсу, о чем свидетельствуют многочисленные находки тиллитов и тиллоидов позднего рифея на этих двух суперконтинентах (Чумаков, 1978).
Установлению в конце рифея и в венде холодного климата Лавразии и Гондваны явно способствовало не только расположение материковых массивов в приполярных областях Земли, но и возникновение в это время широкого кольцевого океанического бассейна в низких широтах, благоприятного для установления в нем единого и мощного экваториального пассатного течения со слабыми ветвями противопассатных течений в умеренных широтах. В результате система «водяного отопления» материковых секторов Земли в конце рифея оказалась резко ослабленной, что и способствовало возникновению во второй половине позднего рифея Африкано-Австралийского оледенения Гондваны и Канадского оледенения в Лавразии, а также обширного Лапландского оледенения Европы, Казахстана и Китая в терминальном рифее или венде (рис. 103 и 104).
В позднем рифее и венде, как и в раннем рифее, отмирает большинство бывших орогенных подвижных поясов Мезогеи среднерифейского возраста и на их месте часто возникают рифтогенные структуры. На континентальных платформах в это время возникает сеть авлакогенов, обычно наследовавших древние шовные зоны свекофеннского (карельского) возраста, а вдоль более молодых шовных зон складчатых поясов гренвильского возраста тогда зарождались новые океанические бассейны. Так, на месте Гренвильского подвижного пояса, в среднем рифее спаявшего восточное побережье Северной Америки и Гренландии с Европейской платформой, около 800 млн лет назад зародился новый Протоатлантический океан, получивший название океан Япетус.
В то же время Западную Гондвану рассекли узкие океанические троги ЗападноАфриканского и Бразильского субокеанов (Красноморского типа) с Катангским заливом, а между Западной и Восточной Гондваной возник быстро расширяющийся АфриканоАвстралийский океанический бассейн, благодаря развитию которого, по-видимому, и происходило перестраивание общего структурного плана Гондваны (см. рис. 104). Геологическое строение современных восточных окраин Африки и Австралии, а также Трансантарктических гор в Антарктиде не противоречит гипотезе существования между этими континентами в позднем рифее океанического бассейна. Действительно, и Мозамбикский пояс в Африке, и геосинклиналь Аделаиды в Австралии, и Трансантарктические горы в Антарктиде в то время представляли собой пассивные континентальные окраины.
Отметим, что очень жёстким условием для построения реконструкций Гондваны в позднем рифее, а следовательно, и для более ранних геологических эпох являются фактические данные о распространении следов покровных оледенений (тиллитов и тиллоидов) на южных материках в позднем докембрии. Согласно данным, приведённым и систематизированным Н. М. Чумаковым (1978), около 750 млн лет назад практически одновременно существовали ледниковые покровы в Южной и Центральной Африке, в Австралии и на востоке Южной Америки. Поэтому при построении реконструкций расположения южныхконтинентов в позднем рифеемы обязаны все охваченные оледенениями континенты всегда располагать компактно возле южного географического полюса. При этом необходимо помнить, что геологические формации — индикаторы ледниковых периодов намного надёжнее палеомагнитных данных по докембрию. Поэтому на наших реконструкциях средне- и позднерифейской Гондваны сочленение восточного и западного фрагментов суперконтинента показано не традиционным образом, а по линии прилегания к Африке материков Австралия и Антарктида (см. рис. 102 и 103). То же относится и красположениям северных континентов на рифейскихреконструкциях Лавразии. На наших реконструкциях позднего докембрия Китайская платформа помещается не на юге Лавразии, а на территории, примыкающей к Северной Европе (см. рис. 104).
В некоторых случаях палеоклиматические данные помогают оценивать также и ширину межконтинентальных океанических бассейнов. Так, можно определить, что в позднем рифее циркумэкваториальный Прототетис по ширине достигал приблизительно 6-10 тыс. км (см. рис. 103). Аналогично этому можно оценить, что в венде ширина палеоокеана Япетус по меньшей мере составляла 2 000 км, тогда как ширина Палеоуральского океана была ещё незначительной (см. рис. 104).
Складчатые деформации во второй половине позднего рифея происходили в ограниченных регионах обоих суперконтинентов. Так, в Лавразии орогенические движения сохранились только в примыкающих к Китайской платформе частях Индокитая и в массиве Енисейского кряжа. В Гондване подвижные складчатые пояса продолжали формироваться лишь на востоке Аравийского кратона и в примыкающих к нему частях Антарктической платформы со стороны современного моря Уэдделла.
В венде практически все континенты и кратоны Лавразии продолжали находиться в условиях развития рифтогенных структур, по их периферии устанавливались режимы пассивных континентальных окраин. Лишь в Тимано-Печорском подвижном поясе в конце венда развивались складчатые дислокации и надвиговые образования. В общем же континентальные массивы Лавразии в венде, как и в позднем рифее, продолжали свой центробежный дрейф.
В противоположность этому в терминальном рифее (венде) Гондвана уже переместилась в область существования нисходящего конвективного потока в мантии, что предопределило полную смену тектонического режима развития этого суперконтинента. В результате Южную Америку и Африку охватил процесс интенсивного сжатия с закрытием всех существовавших ранее узких океанических трогов, на месте которых теперь возникли интеркратонные складчатые структуры Панафриканской орогении. В это же время Восточная Гондвана вновь причленяется к Западной вдоль Мозамбикского пояса на восточной окраине Африки. Этим, в частности, объясняется происхождение интенсивных орогенических движений, охвативших в конце венда (приблизительно 630-600 млн лет назад) весь Мозамбикский пояс. Однако окончательная консолидация Гондваны, по-видимому, произошла несколько позже — только в кембрии и ордовике, после завершения последней фазы активизации этого пояса около 550-450 млн лет назад. На этот раз конфигурация южного суперконтинента становится такой же, как и на привычных нам реконструкциях вегенеровской Пангеи (см. рис. 105 и 106).
Расположение единого суперконтинента в приполярной зоне, как мы видели выше, вызывает резкую неустойчивость вращающейся Земли, в результате чего её тело стремится повернуться так, чтобы центр тяжести такого континентального массива, в конце концов оказался на экваторе, так как только в этом случае главная ось наибольшего значения момента инерции планеты совпадает с осью её вращения. Однако при несимметричном расположении двух приблизительно равновеликих суперконтинентов вблизи полюсов может возникнуть квазиустойчивая ситуация, когда общий центр масс этих континентальных массивов лежит в экваториальной плоскости вращающейся Земли, но с осью вращения Земли совпадает третья главная ось момента инерции с минимальным значением момента инерции планеты. В этом случае, согласно законам механики, вращение Земли сохраняется устойчивым. Такая же ситуация наблюдается у современной Земли: большая ось её главного момента инерции проходит где-то в центре Тихого океана к югу от экватора, а малая — в Северном Полярном бассейне вблизи географического полюса. С учётом сказанного, на рис. 103 и 104 изображены варианты реконструкций, удовлетворяющие именно этому условию.
Возникновением такой квазиустойчивой ситуации в позднем рифее и венде, по-видимому, можно объяснить сравнительно долгое (около 200 млн лет) пребывание значительных континентальных масс в приполярных областях Земли без заметного поворота её тела в положение, при котором оба суперконтинента, Лавразия и Гондвана, оказались бы на экваторе. Если бы эти суперконтиненты располагались в приполярных областях более симметрично по отношению к географическим полюсам, то такой поворот Земли и перемещение обоих суперконтинентов на экватор при средней вязкости мантии около 1023 П произошёл бы за время менее чем 150 млн лет.
Тем не менее существовавший в позднем рифее и венде дрейф континентов постоянно изменял ориентацию осей главного момента инерции Земли, в связи с чем должны были происходить адекватные этому повороты её тела по отношению к географическим полюсам. Не исключено, что такими «дрейфогенными» поворотами Земли относительно оси вращения в сочетании с дрейфом континентов и следует объяснять частые смены ледниковых и тёплых климатов, происходивших в позднем рифее и венде на одних и тех же материках (Чумаков, 1992). В частности, на рубеже венда и кембрия при окончательном формировании палеозойской Гондваны около 550 млн лет назад благодаря общему повороту Земли приблизительно на 90° Западная Африка оказалась на Южном полюсе, а Северная Америка, Европа и Австралия переместились на экватор (рис. 105).
К этому времени, вероятно, и блок Западной Европы уже отделился от Западной Африки и стал дрейфовать к Европейской платформе, с которой он и соединился в палеозое по Реногерцинской шовной зоне. В результате большинство континентов в кембрии расположилось на низких широтах, что и предопределило возникновение столь характерного для этого периода тёплого климата Земли (покровные оледенения тогда развивались только на ограниченной территории Западной Африки). Следующий аналогичный и быстрый поворот Земли тоже приблизительно на 90° вокруг оси, перпендикулярной к оси ее вращения, согласно расчётам А. С. Монина и В. П. Кеонджяна, произошёл в раннем палеозое при формировании вегенеровской Пангеи (Геодинамика, 1979). Этим явлением, по-видимому, можно объяснить быстрое (со скоростью около 5 см/год) кажущееся перемещение полюса по континентам Гондваны от Западной Африки в позднем ордовике до Антарктиды в ранней перми. Палеомагнитные данные для фанерозоя, особенно для второй половины, становятся значительно надёжнее. Поэтому конфигурацию последнего суперконтинента, Пангеи, существование которого предсказывалось А. Вегенером (1925) ещё в 1912 г., обычно определяют по геоморфологическим чертам строения прибрежных зон смежных континентов и палеомагнитным данным. Одна из наиболее совершенных реконструкций, составленная А. Смитом и Дж. Брайденом (Smith, Briden, 1977), воспроизведена на рис. 106.
Как и у предыдущих суперконтинентов, центр тяжести Пангеи также располагался в низких широтах, хотя разросшиеся к этому времени по площади континенты растянулись широкой полосой почти от одного полюса до другого. Если верить этой реконструкции, то оказывается, что возникшая в конце палеозоя Пангея также находилась в квазиустойчивом состоянии по отношению к оси вращения Земли, при котором с осью вращения совпадала третья, малая ось главного момента инерции планеты. При такой конфигурации Пангея могла бы сохранять свою ориентацию по отношению к оси вращения Земли сколь угодно долго, если бы около 200 млн лет назад не начался её распад и новый период центробежного дрейфа континентов.
Более подробно и количественно влияние дрейфа континентов на положение Земли в фанерозое рассматривали А. С. Монин и В. П. Кеонджян в монографии «Геодинамика» (1979). Напомним, что с осью вращения современной Земли, совпадает малая ось её главного момента инерции. Тем не менее, наша планета продолжает устойчивое вращение без тенденции к значительному кажущемуся дрейфу полюсов.
Установлению в конце рифея и в венде холодного климата Лавразии и Гондваны явно способствовало не только расположение материковых массивов в приполярных областях Земли, но и возникновение в это время широкого кольцевого океанического бассейна в низких широтах, благоприятного для установления в нем единого и мощного экваториального пассатного течения со слабыми ветвями противопассатных течений в умеренных широтах. В результате система «водяного отопления» материковых секторов Земли в конце рифея оказалась резко ослабленной, что и способствовало возникновению во второй половине позднего рифея Африкано-Австралийского оледенения Гондваны и Канадского оледенения в Лавразии, а также обширного Лапландского оледенения Европы, Казахстана и Китая в терминальном рифее или венде (рис. 103 и 104).
Рисунок 103. Распад Мезогеи на Лавразию и Гондвану около 800-750 млн лет назад
(маленькими треугольниками отмечены местонахождения тиллитов и тиллоидов, по Н. М. Чумакову, 1978): Мн — Монгольская плита; Ам — Амурская плита; Ир — Иранская плита.
Рисунок 104. Распад Лавразии и Гондваны около 650 млн лет назад:
Ар — Аравийская плита.
В позднем рифее и венде, как и в раннем рифее, отмирает большинство бывших орогенных подвижных поясов Мезогеи среднерифейского возраста и на их месте часто возникают рифтогенные структуры. На континентальных платформах в это время возникает сеть авлакогенов, обычно наследовавших древние шовные зоны свекофеннского (карельского) возраста, а вдоль более молодых шовных зон складчатых поясов гренвильского возраста тогда зарождались новые океанические бассейны. Так, на месте Гренвильского подвижного пояса, в среднем рифее спаявшего восточное побережье Северной Америки и Гренландии с Европейской платформой, около 800 млн лет назад зародился новый Протоатлантический океан, получивший название океан Япетус.
В то же время Западную Гондвану рассекли узкие океанические троги ЗападноАфриканского и Бразильского субокеанов (Красноморского типа) с Катангским заливом, а между Западной и Восточной Гондваной возник быстро расширяющийся АфриканоАвстралийский океанический бассейн, благодаря развитию которого, по-видимому, и происходило перестраивание общего структурного плана Гондваны (см. рис. 104). Геологическое строение современных восточных окраин Африки и Австралии, а также Трансантарктических гор в Антарктиде не противоречит гипотезе существования между этими континентами в позднем рифее океанического бассейна. Действительно, и Мозамбикский пояс в Африке, и геосинклиналь Аделаиды в Австралии, и Трансантарктические горы в Антарктиде в то время представляли собой пассивные континентальные окраины.
Отметим, что очень жёстким условием для построения реконструкций Гондваны в позднем рифее, а следовательно, и для более ранних геологических эпох являются фактические данные о распространении следов покровных оледенений (тиллитов и тиллоидов) на южных материках в позднем докембрии. Согласно данным, приведённым и систематизированным Н. М. Чумаковым (1978), около 750 млн лет назад практически одновременно существовали ледниковые покровы в Южной и Центральной Африке, в Австралии и на востоке Южной Америки. Поэтому при построении реконструкций расположения южныхконтинентов в позднем рифеемы обязаны все охваченные оледенениями континенты всегда располагать компактно возле южного географического полюса. При этом необходимо помнить, что геологические формации — индикаторы ледниковых периодов намного надёжнее палеомагнитных данных по докембрию. Поэтому на наших реконструкциях средне- и позднерифейской Гондваны сочленение восточного и западного фрагментов суперконтинента показано не традиционным образом, а по линии прилегания к Африке материков Австралия и Антарктида (см. рис. 102 и 103). То же относится и красположениям северных континентов на рифейскихреконструкциях Лавразии. На наших реконструкциях позднего докембрия Китайская платформа помещается не на юге Лавразии, а на территории, примыкающей к Северной Европе (см. рис. 104).
Рисунок 102. Реконструкция суперконтинента Мезогея для эпохи около 1 млрд лет назад.
Стрелками показаны палеомагнитные склонения, взятые из работы (Монин и др., 1986); Ас — Алтае-Саянский блок; Ик — Индокитай; Тш — Тяньшанский блок; СК и ЮК — Северный и Южный Китай; ЗЕв — Западная Европа.
В некоторых случаях палеоклиматические данные помогают оценивать также и ширину межконтинентальных океанических бассейнов. Так, можно определить, что в позднем рифее циркумэкваториальный Прототетис по ширине достигал приблизительно 6-10 тыс. км (см. рис. 103). Аналогично этому можно оценить, что в венде ширина палеоокеана Япетус по меньшей мере составляла 2 000 км, тогда как ширина Палеоуральского океана была ещё незначительной (см. рис. 104).
Складчатые деформации во второй половине позднего рифея происходили в ограниченных регионах обоих суперконтинентов. Так, в Лавразии орогенические движения сохранились только в примыкающих к Китайской платформе частях Индокитая и в массиве Енисейского кряжа. В Гондване подвижные складчатые пояса продолжали формироваться лишь на востоке Аравийского кратона и в примыкающих к нему частях Антарктической платформы со стороны современного моря Уэдделла.
В венде практически все континенты и кратоны Лавразии продолжали находиться в условиях развития рифтогенных структур, по их периферии устанавливались режимы пассивных континентальных окраин. Лишь в Тимано-Печорском подвижном поясе в конце венда развивались складчатые дислокации и надвиговые образования. В общем же континентальные массивы Лавразии в венде, как и в позднем рифее, продолжали свой центробежный дрейф.
В противоположность этому в терминальном рифее (венде) Гондвана уже переместилась в область существования нисходящего конвективного потока в мантии, что предопределило полную смену тектонического режима развития этого суперконтинента. В результате Южную Америку и Африку охватил процесс интенсивного сжатия с закрытием всех существовавших ранее узких океанических трогов, на месте которых теперь возникли интеркратонные складчатые структуры Панафриканской орогении. В это же время Восточная Гондвана вновь причленяется к Западной вдоль Мозамбикского пояса на восточной окраине Африки. Этим, в частности, объясняется происхождение интенсивных орогенических движений, охвативших в конце венда (приблизительно 630-600 млн лет назад) весь Мозамбикский пояс. Однако окончательная консолидация Гондваны, по-видимому, произошла несколько позже — только в кембрии и ордовике, после завершения последней фазы активизации этого пояса около 550-450 млн лет назад. На этот раз конфигурация южного суперконтинента становится такой же, как и на привычных нам реконструкциях вегенеровской Пангеи (см. рис. 105 и 106).
Рисунок 105. Распад Мезогеи, ситуация на время около 550 млн лет назад
Рисунок 106. Пангея А. Вегенера около 200 млн лет назад
по работе (Smith, Brieden, 1977)
Расположение единого суперконтинента в приполярной зоне, как мы видели выше, вызывает резкую неустойчивость вращающейся Земли, в результате чего её тело стремится повернуться так, чтобы центр тяжести такого континентального массива, в конце концов оказался на экваторе, так как только в этом случае главная ось наибольшего значения момента инерции планеты совпадает с осью её вращения. Однако при несимметричном расположении двух приблизительно равновеликих суперконтинентов вблизи полюсов может возникнуть квазиустойчивая ситуация, когда общий центр масс этих континентальных массивов лежит в экваториальной плоскости вращающейся Земли, но с осью вращения Земли совпадает третья главная ось момента инерции с минимальным значением момента инерции планеты. В этом случае, согласно законам механики, вращение Земли сохраняется устойчивым. Такая же ситуация наблюдается у современной Земли: большая ось её главного момента инерции проходит где-то в центре Тихого океана к югу от экватора, а малая — в Северном Полярном бассейне вблизи географического полюса. С учётом сказанного, на рис. 103 и 104 изображены варианты реконструкций, удовлетворяющие именно этому условию.
Возникновением такой квазиустойчивой ситуации в позднем рифее и венде, по-видимому, можно объяснить сравнительно долгое (около 200 млн лет) пребывание значительных континентальных масс в приполярных областях Земли без заметного поворота её тела в положение, при котором оба суперконтинента, Лавразия и Гондвана, оказались бы на экваторе. Если бы эти суперконтиненты располагались в приполярных областях более симметрично по отношению к географическим полюсам, то такой поворот Земли и перемещение обоих суперконтинентов на экватор при средней вязкости мантии около 1023 П произошёл бы за время менее чем 150 млн лет.
Тем не менее существовавший в позднем рифее и венде дрейф континентов постоянно изменял ориентацию осей главного момента инерции Земли, в связи с чем должны были происходить адекватные этому повороты её тела по отношению к географическим полюсам. Не исключено, что такими «дрейфогенными» поворотами Земли относительно оси вращения в сочетании с дрейфом континентов и следует объяснять частые смены ледниковых и тёплых климатов, происходивших в позднем рифее и венде на одних и тех же материках (Чумаков, 1992). В частности, на рубеже венда и кембрия при окончательном формировании палеозойской Гондваны около 550 млн лет назад благодаря общему повороту Земли приблизительно на 90° Западная Африка оказалась на Южном полюсе, а Северная Америка, Европа и Австралия переместились на экватор (рис. 105).
К этому времени, вероятно, и блок Западной Европы уже отделился от Западной Африки и стал дрейфовать к Европейской платформе, с которой он и соединился в палеозое по Реногерцинской шовной зоне. В результате большинство континентов в кембрии расположилось на низких широтах, что и предопределило возникновение столь характерного для этого периода тёплого климата Земли (покровные оледенения тогда развивались только на ограниченной территории Западной Африки). Следующий аналогичный и быстрый поворот Земли тоже приблизительно на 90° вокруг оси, перпендикулярной к оси ее вращения, согласно расчётам А. С. Монина и В. П. Кеонджяна, произошёл в раннем палеозое при формировании вегенеровской Пангеи (Геодинамика, 1979). Этим явлением, по-видимому, можно объяснить быстрое (со скоростью около 5 см/год) кажущееся перемещение полюса по континентам Гондваны от Западной Африки в позднем ордовике до Антарктиды в ранней перми. Палеомагнитные данные для фанерозоя, особенно для второй половины, становятся значительно надёжнее. Поэтому конфигурацию последнего суперконтинента, Пангеи, существование которого предсказывалось А. Вегенером (1925) ещё в 1912 г., обычно определяют по геоморфологическим чертам строения прибрежных зон смежных континентов и палеомагнитным данным. Одна из наиболее совершенных реконструкций, составленная А. Смитом и Дж. Брайденом (Smith, Briden, 1977), воспроизведена на рис. 106.
Как и у предыдущих суперконтинентов, центр тяжести Пангеи также располагался в низких широтах, хотя разросшиеся к этому времени по площади континенты растянулись широкой полосой почти от одного полюса до другого. Если верить этой реконструкции, то оказывается, что возникшая в конце палеозоя Пангея также находилась в квазиустойчивом состоянии по отношению к оси вращения Земли, при котором с осью вращения совпадала третья, малая ось главного момента инерции планеты. При такой конфигурации Пангея могла бы сохранять свою ориентацию по отношению к оси вращения Земли сколь угодно долго, если бы около 200 млн лет назад не начался её распад и новый период центробежного дрейфа континентов.
Более подробно и количественно влияние дрейфа континентов на положение Земли в фанерозое рассматривали А. С. Монин и В. П. Кеонджян в монографии «Геодинамика» (1979). Напомним, что с осью вращения современной Земли, совпадает малая ось её главного момента инерции. Тем не менее, наша планета продолжает устойчивое вращение без тенденции к значительному кажущемуся дрейфу полюсов.