К истории развития идей А. Вегенера — Часть 3
Научная страстность и большая убедительность мобилистских построений А. Вегенера сразу же привлекли к нему много горячих сторонников среди учёных разных стран: Аргана, Моленграфа, Холмса, Ван дер Грахта, Штауба, Борисяка, Ли Сы-Гуана, Личкова и многих других. Особенно большой вклад в пропаганду, а главное в дальнейшее развитие идей дрейфа материков внёс Дю Тойт.
Дю Тойт показал, и этим обогатил учение Вегенера, возможность несколько иного совмещения в прошлом материков в области Индийского океана. Кроме того, он более уверенно утверждал, что существовал не один (Пангея), а два суперконтинента — Лавразия, объединявшая Северную Америку, Европу и Азию, и Гондвана, состоявшая из Южной Америки, Африки, Мадагаскара, Индостана, Австралии и Антарктиды. Эти два грубо овальных в плане суперконтинента обладали, по Дю Тойту, определённой автономностью в своих горизонтальных перемещениях (поступательном дрейфе и поворотах), хотя и соединялись друг с другом обширной, но тонкой гранитной перемычкой — сравнительно мелководной океанической впадиной Тетис. При этом образование всех главных складчатых зон Гондваны, Лавразии и Тетиса Дю Тойт склонен был объяснять либо активными поступательными движениями глыб континентальной коры по базальтовому субстрату (т. е. так, как это и предполагал Вегенер), либо же (и это было дальнейшим шагом вперёд в развитии идеи Вегенера) переносом этих глыб течениями базальтового субстрата, или, наконец, комбинацией обоих указанных процессов.
В результате Дю Тойт предложил новый вариант мобилистского распада единого гранитного массива Пангеи. Слагающие её в основном два огромных материка — Лавразия и Гондвана — были, по его мнению, окаймлены по периферии геосинклинальными депрессиями Фосса. Сливаясь друг с другом в области соприкосновения обоих суперконтинентов в теле Пангеи, такие депрессии Фосса и порождали в её середине обширную внутреннюю геосинклиналь Тетис. Дю Тойт не отрицал важной роли полюсобежных сил в мобилистском распаде Пангеи, однако основное значение в этом механизме он придавал динамическому соотношению структур Фосса с конвекционными токами базальтового субстрата Пангеи. Перемещаясь от более нагретых частей субстрата, находящихся под центральными частями суперконтинентов, к менее нагретым по их периферии, такие конвекционные токи вязкого субстрата встречали на своём пути упор со стороны утолщённой гранитной коры на месте корней прогибавшихся краевых геосинклиналей Фосса. Возникавшие таким образом радиально направленные горизонтальные усилия в теле континентальной коры сначала взламывали, а затем и растаскивали в стороны обломки Лавразии и Гондваны.
На начальных стадиях процесса в центральных областях суперконтинентов могло сначала возникать вздутие, а затем и провалы земной коры в виде различного рода так называемых рифтовых систем. Именно этим явлением, по мнению Дю Тойта, и можно объяснить, например, «вздутие» и рифтовые озёра современных центральной и восточной частей Африки. В процессе развивавшегося таким образом центробежного дрейфа каждый обломок Лавразии и Гондваны приобретал свои специфические структурные черты, закономерно расположенные в теле материка по направлению от его переднего до заднего края по ходу движения материка.
Достоинство представлений Дю Тойта заключалось в том, что он в отличие от Вегенера допускал существование нового более совершенного механизма распада и дрейфа материков, а также находил место в этом процессе геосинклинальным структурам земной коры, учение о которых уже усиленно развивалось в эти годы (в 20-е годы оно, по сути дела лишь зарождалось и поэтому Вегенер прошёл мимо него). Все новое в гипотезе Дю Тойта было, конечно, существенным шагом вперёд, и очевидно, именно этого исследователя нужно считать предвестником тога возрождения и расцвета идей мобилизма, которое примерно с 40-х годов получило название неомобилизма. Как будет упомянуто ниже, эти новые для своего времени идеи Дю Тойта во многом подкрепляются в наши дни целой серией недавно полученных данных.
Однако и Вегенер, и Дю Тойт вместе с другими своими единомышленниками (назовём их ранними мобилистами) придерживались однослойной модели континентальной и океанической земной коры (гранитный слой, или сиаль, — на материках и базальтовый слой, или сима, — на дне океанов), что, как мы теперь хорошо знаем, не соответствует истинному строению земной коры. Кроме того (и это было, вероятно, наиболее существенно!), развиваемые ранними мобилистами взгляды начиная с 30-х годов резко оспаривались геофизиками, которые не допускали никакой возможности значительных смещений гранитных континентальных глыб по их твёрдому (как это было установлено геофизиками) базальтовому субстрату, и поэтому они столь же твёрдо отстаивали позиции фиксизма, или неподвижности материков. В силу этих, а также ряда других причин (о них будет сказано ниже при общем анализе возражений против идей дрейфа материков, все ещё выдвигаемых доныне фиксистами) гипотеза перемещения континентов в 30-х и 40-х годах нашего столетия практически геологами не применялась.
Но время шло и упорно работало на гипотезу Вегенера, на мобилизм. Наука пополнялась огромным количеством нового материала относительно строения недр нашей планеты и геофизических свойств горных пород, слагающих её недра. И если раньше, в 30-х годах, геофизики были главными «губителями» гипотезы Вегенера, то теперь именно они воскресили её почти из небытия.
Какие же события в науке произошли? Прежде всего было установлено, что различия между океанической и материковой корой ещё более значительны, чем в своё время весьма прозорливо полагал А. Вегенер. Осреднённый разрез материковой коры, прослеженный сверху вниз, на основании новых данных стал выглядеть как: осреднённый слой осадочных пород — 3 км, гранитно-метаморфический слой — 18 км, базальтовый слой — 21 км; средняя мощность континентальной коры равна приблизительно 42 км. Рассмотренная в той же последовательности океаническая кора, расположенная под слоем воды, средняя толщина которого 4 км, состоит из слоя осадков — около 1 км, переходного слоя (состоящего, по-видимому, из переслаивания осадков и базальтов) и базальтового слоя — 5 км, что даёт в итоге 11 км. Таким образом, различия между океанической и материковой земной корой сводятся не только к весьма существенным расхождениям в их петрологическом составе, но также и к почти четырёхкратной разнице по толщине.
Необходимо также указать, что между размерами площадей блоков материковой и океанической коры, с одной стороны, и значениями их средней мощности — с другой, стала усматриваться очевидная и закономерная зависимость: чем больше площадь блоков континентальной коры, тем больше и их средняя мощность; для блоков океанической коры наблюдается обратная зависимость. Таким образом, например, средняя мощность земной коры Азии равна 46 км, Африки 42.5 км, Северной Америки 42 км, Южной Америки 40 км, Антарктиды 39 км, Европы 37 км, Австралии 37 км. Не исключено, что такое изменение мощностей управляется фазовыми переходами между веществом мантии и подошвы земной коры материков. Однако в первую очередь оно, конечно, отражает процессы глобального изостатического выравнивания литосферы. Кроме того, при сопоставлении морфометрических параметров современных земных материков было установлено, что они устойчиво подразделяются на две группы: северные — Северная Америка, Европа и Азия и южные — Южная Америка, Африка, Австралия и Антарктида. Это обстоятельство вместе с только что отмеченным выше указывает безусловно на одинаковость основных и прежде всего изостатических свойств земной коры и мантии в пределах каждой из упомянутых групп материков, В этой связи естественнее всего полагать, что земная кора могла обрести такие свойства, только исторически развиваясь в рамках каких-то единых, более крупных массивов земной коры. Тем самым было получено ещё одно, причём весьма существенное, основанное на реальных физических величинах, доказательство в пользу реальности существования в прошлом суперконтинентов Лавразии и Гондваны, а следовательно, и правильности идей Дю Тойта.
Исследуя характер прохождения сейсмических волн через верхнюю часть мантии, учёные установили, что в ней имеется слой (под материками в интервале глубин 100–200 км, а под океанами 50–400 км), где вещество мантии под влиянием царящей здесь высокой температуры значительно размягчено и обладает в сотни тысяч раз меньшей вязкостью, чем части мантии, расположенные над и под этим слоем, названным астеносферой (если вязкость мантии равна 10^25—10^26 П, то вязкость астеносферы 10^20 и даже местами 10^19 П). Таким образом, под поверхностью материков существует 100-километровый, а под поверхностью океана почти 50-километровый слой твёрдого жёсткого вещества, или собственно литосферы, в новом понимании этого слова, находящийся на толстом слое астеносферы, которая состоит из относительно более пластичного вещества. По мнению геофизиков, открытие астеносферы («ослабленной сферы») полностью устранило их возражения против возможности значительных горизонтальных перемещений континентальных плит.
Вместе с тем, изучая распределение очагов средне- и глубокофокусных землетрясений по окраинам Тихого океана, геофизики доказали, что сколовая поверхность, по которой здесь происходят смещения блоков земной коры и мантии, порождающие эти землетрясения, уходит в большинстве случаев под достаточно малыми углами (до 22–30°) под континенты, окружающие океаны. А это означает, что контактирующие по этим сколовым поверхностям литосферные плиты имеют реальную возможность относительно свободно наползать друг на друга (или поддвигаться) в процессе своих горизонтальных перемещений на большие расстояния по поверхности Земли.
Наконец, наиболее интересные результаты дали палеомагнитные исследования, основанные на определении ориентировки вектора остаточной намагниченности горных пород. Дело в том, что этот вектор указывает на пространственное положение геомагнитного полюса в момент образования горной породы. Напомним также, что по существующим в науке представлениям о происхождении магнитного поля Земли геомагнитные и географические полюсы всегда должны располагаться недалеко один от другого. Определение ориентировки векторов остаточной намагниченности для неметаморфизованных горных пород одного и того же возраста жёстких (платформенных) участков земной коры на разных материках показало, что у них различное положение полюса, находящееся за пределами возможных ошибок палеомагнитного метода. Однако если совместить между собой эти материки соответственно построениям Вегенера, то определённые таким образом положения полюсов также совпадут. Тем самым геофизики получили ещё одно и к тому же очень веское доказательство правильности идей учёного.
Дю Тойт показал, и этим обогатил учение Вегенера, возможность несколько иного совмещения в прошлом материков в области Индийского океана. Кроме того, он более уверенно утверждал, что существовал не один (Пангея), а два суперконтинента — Лавразия, объединявшая Северную Америку, Европу и Азию, и Гондвана, состоявшая из Южной Америки, Африки, Мадагаскара, Индостана, Австралии и Антарктиды. Эти два грубо овальных в плане суперконтинента обладали, по Дю Тойту, определённой автономностью в своих горизонтальных перемещениях (поступательном дрейфе и поворотах), хотя и соединялись друг с другом обширной, но тонкой гранитной перемычкой — сравнительно мелководной океанической впадиной Тетис. При этом образование всех главных складчатых зон Гондваны, Лавразии и Тетиса Дю Тойт склонен был объяснять либо активными поступательными движениями глыб континентальной коры по базальтовому субстрату (т. е. так, как это и предполагал Вегенер), либо же (и это было дальнейшим шагом вперёд в развитии идеи Вегенера) переносом этих глыб течениями базальтового субстрата, или, наконец, комбинацией обоих указанных процессов.
В результате Дю Тойт предложил новый вариант мобилистского распада единого гранитного массива Пангеи. Слагающие её в основном два огромных материка — Лавразия и Гондвана — были, по его мнению, окаймлены по периферии геосинклинальными депрессиями Фосса. Сливаясь друг с другом в области соприкосновения обоих суперконтинентов в теле Пангеи, такие депрессии Фосса и порождали в её середине обширную внутреннюю геосинклиналь Тетис. Дю Тойт не отрицал важной роли полюсобежных сил в мобилистском распаде Пангеи, однако основное значение в этом механизме он придавал динамическому соотношению структур Фосса с конвекционными токами базальтового субстрата Пангеи. Перемещаясь от более нагретых частей субстрата, находящихся под центральными частями суперконтинентов, к менее нагретым по их периферии, такие конвекционные токи вязкого субстрата встречали на своём пути упор со стороны утолщённой гранитной коры на месте корней прогибавшихся краевых геосинклиналей Фосса. Возникавшие таким образом радиально направленные горизонтальные усилия в теле континентальной коры сначала взламывали, а затем и растаскивали в стороны обломки Лавразии и Гондваны.
На начальных стадиях процесса в центральных областях суперконтинентов могло сначала возникать вздутие, а затем и провалы земной коры в виде различного рода так называемых рифтовых систем. Именно этим явлением, по мнению Дю Тойта, и можно объяснить, например, «вздутие» и рифтовые озёра современных центральной и восточной частей Африки. В процессе развивавшегося таким образом центробежного дрейфа каждый обломок Лавразии и Гондваны приобретал свои специфические структурные черты, закономерно расположенные в теле материка по направлению от его переднего до заднего края по ходу движения материка.
Достоинство представлений Дю Тойта заключалось в том, что он в отличие от Вегенера допускал существование нового более совершенного механизма распада и дрейфа материков, а также находил место в этом процессе геосинклинальным структурам земной коры, учение о которых уже усиленно развивалось в эти годы (в 20-е годы оно, по сути дела лишь зарождалось и поэтому Вегенер прошёл мимо него). Все новое в гипотезе Дю Тойта было, конечно, существенным шагом вперёд, и очевидно, именно этого исследователя нужно считать предвестником тога возрождения и расцвета идей мобилизма, которое примерно с 40-х годов получило название неомобилизма. Как будет упомянуто ниже, эти новые для своего времени идеи Дю Тойта во многом подкрепляются в наши дни целой серией недавно полученных данных.
Однако и Вегенер, и Дю Тойт вместе с другими своими единомышленниками (назовём их ранними мобилистами) придерживались однослойной модели континентальной и океанической земной коры (гранитный слой, или сиаль, — на материках и базальтовый слой, или сима, — на дне океанов), что, как мы теперь хорошо знаем, не соответствует истинному строению земной коры. Кроме того (и это было, вероятно, наиболее существенно!), развиваемые ранними мобилистами взгляды начиная с 30-х годов резко оспаривались геофизиками, которые не допускали никакой возможности значительных смещений гранитных континентальных глыб по их твёрдому (как это было установлено геофизиками) базальтовому субстрату, и поэтому они столь же твёрдо отстаивали позиции фиксизма, или неподвижности материков. В силу этих, а также ряда других причин (о них будет сказано ниже при общем анализе возражений против идей дрейфа материков, все ещё выдвигаемых доныне фиксистами) гипотеза перемещения континентов в 30-х и 40-х годах нашего столетия практически геологами не применялась.
Но время шло и упорно работало на гипотезу Вегенера, на мобилизм. Наука пополнялась огромным количеством нового материала относительно строения недр нашей планеты и геофизических свойств горных пород, слагающих её недра. И если раньше, в 30-х годах, геофизики были главными «губителями» гипотезы Вегенера, то теперь именно они воскресили её почти из небытия.
Какие же события в науке произошли? Прежде всего было установлено, что различия между океанической и материковой корой ещё более значительны, чем в своё время весьма прозорливо полагал А. Вегенер. Осреднённый разрез материковой коры, прослеженный сверху вниз, на основании новых данных стал выглядеть как: осреднённый слой осадочных пород — 3 км, гранитно-метаморфический слой — 18 км, базальтовый слой — 21 км; средняя мощность континентальной коры равна приблизительно 42 км. Рассмотренная в той же последовательности океаническая кора, расположенная под слоем воды, средняя толщина которого 4 км, состоит из слоя осадков — около 1 км, переходного слоя (состоящего, по-видимому, из переслаивания осадков и базальтов) и базальтового слоя — 5 км, что даёт в итоге 11 км. Таким образом, различия между океанической и материковой земной корой сводятся не только к весьма существенным расхождениям в их петрологическом составе, но также и к почти четырёхкратной разнице по толщине.
Необходимо также указать, что между размерами площадей блоков материковой и океанической коры, с одной стороны, и значениями их средней мощности — с другой, стала усматриваться очевидная и закономерная зависимость: чем больше площадь блоков континентальной коры, тем больше и их средняя мощность; для блоков океанической коры наблюдается обратная зависимость. Таким образом, например, средняя мощность земной коры Азии равна 46 км, Африки 42.5 км, Северной Америки 42 км, Южной Америки 40 км, Антарктиды 39 км, Европы 37 км, Австралии 37 км. Не исключено, что такое изменение мощностей управляется фазовыми переходами между веществом мантии и подошвы земной коры материков. Однако в первую очередь оно, конечно, отражает процессы глобального изостатического выравнивания литосферы. Кроме того, при сопоставлении морфометрических параметров современных земных материков было установлено, что они устойчиво подразделяются на две группы: северные — Северная Америка, Европа и Азия и южные — Южная Америка, Африка, Австралия и Антарктида. Это обстоятельство вместе с только что отмеченным выше указывает безусловно на одинаковость основных и прежде всего изостатических свойств земной коры и мантии в пределах каждой из упомянутых групп материков, В этой связи естественнее всего полагать, что земная кора могла обрести такие свойства, только исторически развиваясь в рамках каких-то единых, более крупных массивов земной коры. Тем самым было получено ещё одно, причём весьма существенное, основанное на реальных физических величинах, доказательство в пользу реальности существования в прошлом суперконтинентов Лавразии и Гондваны, а следовательно, и правильности идей Дю Тойта.
Исследуя характер прохождения сейсмических волн через верхнюю часть мантии, учёные установили, что в ней имеется слой (под материками в интервале глубин 100–200 км, а под океанами 50–400 км), где вещество мантии под влиянием царящей здесь высокой температуры значительно размягчено и обладает в сотни тысяч раз меньшей вязкостью, чем части мантии, расположенные над и под этим слоем, названным астеносферой (если вязкость мантии равна 10^25—10^26 П, то вязкость астеносферы 10^20 и даже местами 10^19 П). Таким образом, под поверхностью материков существует 100-километровый, а под поверхностью океана почти 50-километровый слой твёрдого жёсткого вещества, или собственно литосферы, в новом понимании этого слова, находящийся на толстом слое астеносферы, которая состоит из относительно более пластичного вещества. По мнению геофизиков, открытие астеносферы («ослабленной сферы») полностью устранило их возражения против возможности значительных горизонтальных перемещений континентальных плит.
Вместе с тем, изучая распределение очагов средне- и глубокофокусных землетрясений по окраинам Тихого океана, геофизики доказали, что сколовая поверхность, по которой здесь происходят смещения блоков земной коры и мантии, порождающие эти землетрясения, уходит в большинстве случаев под достаточно малыми углами (до 22–30°) под континенты, окружающие океаны. А это означает, что контактирующие по этим сколовым поверхностям литосферные плиты имеют реальную возможность относительно свободно наползать друг на друга (или поддвигаться) в процессе своих горизонтальных перемещений на большие расстояния по поверхности Земли.
Наконец, наиболее интересные результаты дали палеомагнитные исследования, основанные на определении ориентировки вектора остаточной намагниченности горных пород. Дело в том, что этот вектор указывает на пространственное положение геомагнитного полюса в момент образования горной породы. Напомним также, что по существующим в науке представлениям о происхождении магнитного поля Земли геомагнитные и географические полюсы всегда должны располагаться недалеко один от другого. Определение ориентировки векторов остаточной намагниченности для неметаморфизованных горных пород одного и того же возраста жёстких (платформенных) участков земной коры на разных материках показало, что у них различное положение полюса, находящееся за пределами возможных ошибок палеомагнитного метода. Однако если совместить между собой эти материки соответственно построениям Вегенера, то определённые таким образом положения полюсов также совпадут. Тем самым геофизики получили ещё одно и к тому же очень веское доказательство правильности идей учёного.
Информация:
— Следующая статья | А. Вегенер: «Происхождение континентов и океанов»