Дрейфующие континенты, плиты, террейны

Автор: Алексей Федорчук

Вступление: эта заметка сочинялась для спецвыпуска Компьютерры, в котором она и была напечатана — 2001#35(412). Правда, в довольно странно расчлененном (на основную часть и выдранную из контекста с мясом врезку). Нынче я ее размещаю в авторской редакции, с минимальной правкой.

Немного из предыстории

В 1915 г. некто Альфред Вегенер (см. биографические подробности), офицер запаса Германской армии, мобилизованный на всемирное побоище, возвращается домой после двух тяжелых ранений в маленький городок Марбург. Судя по всему, заняться ему нечем. Правда, по совместительству он оказался профессором местного университета, всемирно известным метеорологом, участником двух полярных экспедиций в Гренландию (пересекшим, к слову сказать, этот остров в самом широком месте), обладателем мирового рекорда продолжительности полета на аэростате и прочая, и прочая, и прочая… Однако ни одно из этих занятий в условиях войны невозможно.

И Альфред неожиданно (возможно, и для самого себя) обращается к геологии — к идее, пришедшей ему в голову еще в мирном 1910 г. И которой суждено было положить начало современной гемодинамики. Слово — автору:

Впервые идея дрейфа континентов возникла у меня еще в 1910 г. при рассмотрении карты Мира в связи с непосредственным впечатлением о совпадении очертаний береговых линий по обеим сторонам Атлантики… Это побудило меня просмотреть, вначале поверхностно, имеющиеся по этому вопросу результаты исследований в геологической и палеонтологической областях (А. Вегенер. Происхождение континентов и океанов. Пер. с 4-го нем. издания. Л.: Наука, 1984, с. 14).

Так родилась концепция дрейфа континентов. Разумеется, обоснование ее не исчерпывалось подобием береговых линий — Вегенер, не будучи профессиональным геологом, привлек огромный сравнительный материал по сходству геологического строения горных поясов Северной Европы и Апаллач Северной Америки, Капских гор Южной Африки и Аргентинской Сьерры, данные по распространению палеозойского материкового оледенения в низких широтах Южного полушария, результаты палеонтологических работ о сходстве палеофлор и палеофаун т.н. материков Гондванской группы (Африка, Южная Америка, Австралия, Антарктида, Индостанский субконтинент).

Все это (и многое другое) было собрано в изданной в 1915 г. 90-страничной брошюрке Вегенера — «Происхождение континентов и океанов» (Die Entstehung der Kontinente und Ozeane). О которой российский геолог А.А.Борисяк вскоре скажет: «Эта маленькая желтая тетрадка кажется крупнейшим явлением среди геологической литературы» (А.А. Борисяк. Происхождение материков и океанов. Природа, 1922, #1, с. 13). А другой, советский, геолог, исследователь Антарктиды П.С. Воронов сравнит ее с мемуаром Николая Коперника «Об обращении небесных кругов».

Возможно, оценки эти покажутся излишне восторженными. Однако факт остается фактом: сразу после войны выходит второе (1920 г.), а затем третье (1922 г.) издания книги, она переводится на английский, французский, испанский и шведский языки, дважды (!) издается в Советской России — в 1922 и 1925 гг. (переводы со 2-го и 3-го немецких изданий, соответственно). По тем временам — не иначе, как научный блокбастер.

Концепция Вегенера вызвала самые разные эмоции, кроме одной — равнодушия. Геологический мир разделился на два антагонистических класса — активных его сторонников и жестоких критиков. В числе первых, как ни странно, оказалось немало признанных геологов-региональщиков, особенно — специалистов по геологии Южного полушария. Критики же во множестве представлены геофизиками. Хотя характерно, что основные нападки вызывает как раз дилетантизм Вегенера в геологии. Конечно, и среди традиционных геологов недостатка в критиках не было. Однако с этой стороны главным возражением против концепции была как раз слабость обоснования динамической ее стороны — то есть сил, ответственных за дрейф континентов, что, думается, в компетенцию геологии не входит.

Новый толчок дискуссии дает выход в конце 1929 г. четвертого, существенно расширенного и переработанного издания книги Вегенера. Но автор концепции в ней уже не участвует. Он — в своей третьей гренландской экспедиции. Где и погиб в ноябре 1930 г., спасая жизнь своих коллег и результаты их работ.

Жизнь Альфреда Вегенера оборвалась на пике популярности его концепции. Острота дискуссии между мобилистами — сторонниками дрейфа континентов, и фиксистами, таковой отрицавшими, в 30-х годах спала. Основная причина — недоказуемость концепции чисто геологическими методами. Однако геологи, принявшие идею дрейфа континентов, взглядов своих не изменили. Серии работ, основанных на концепции дрейфа, публикует ряд специалистов по геологии Африки, Индии, Южной Америки, Австралии. Однако в целом они лежат вне основного русла развития тогдашней геологической теории.

Начало изменения отношения к концепции дрейфа континентов связано с изучением геологии океанов. Здесь были: и открытие Срединно-Атлантического рифта (1956 г.), и мировой системы срединно-океанических хребтов, и гигантских сдвигоподобных разломов, позже названных трансформными, и полосовых магнитных аномалий в глубоководной части океанов. А главное — четкое понимание коренного отличия строения земной коры океанов от таковой континентальных областей.

На континентах же главным событием этого периода были: повсеместное доказательство тектонических покровов в складчатых областях — свидетельства многоамплитудных горизонтальных перемещений масс земной коры, палеомагнитные данные о изменении расположения материков относительно современной системы координат, находки тропической фауны в высоких широтах, не объяснимые климатическими изменениями. Самое же главное, по скромному мнению автора этих строк, было доказательство того факта, что т.н. офиолитовые ассоциации горно-складчатых областей суть не что иное, как фрагменты древней океанической коры, включенные ныне в состав континентальных масс — к этому вопросу мы еще вернемся в дальнейшем.

Наконец, свою лепту в возрождение концепции дрейфа внесли и информационные технологии: именно математическое моделирование на компьютерах середины 60-х годов показало хорошее совпадение границ континентальных масс не только для Циркум-Атлантики, но и для ряда остальных материков — Восточной Африки и Индостана, Австралии и Антарктиды.

Результатом всего этого было появление (конец 60-х годов) концепции тектоники плит (именуемой также новой глобальной тектоникой). Предложенная сначала чисто умозрительно для решения частной задачи — распределения глубокофокусных и мелкофокусных землетрясений на поверхности Земли, — она сомкнулась с представлениями о дрейфе континентов и мгновенно получила всеобщее признание. К 1980 г. — столетию со дня рождения Альфреда Вегенера, — стало принято говорить о формировании новой парадигмы в геологии. И даже — о научной революции, сопоставляемой с революцией в физике начала XX века…

Что такое тектоника плит

Современная тектоника плит очень далеко отошла от представлений Вегенера. В основе ее — представление о литосферных плитах, фрагментах земной поверхности, рассматриваемых как абсолютно жесткие тела, перемещающихся, как по воздушной подушке, по слою разуплотненной мантии — астеносфере. В отличие от концепции Вегенера, литосферные плиты, в большинстве своем, включают как континентальные массы с т.н. сиалической (SIAL — от SIlicium+ALuminium), корой, условно называемой также «гранитной», так и участки с корой океанической, симатической (SIMA — от SIlicium+MAgnium), образованной преимущественно базальтами и другими породами с низким содержанием кремнезема.

Движущая сила перемещения литосферных плит — конвективные потоки в подастеносферной мантии. Восходящие ветви этих потоков маркируются на поверхности Земли мировой системой срединно-океанических (или спрединговых) хребтов — глобальными зонами растяжения, где формируется новая (океаническая) кора. Спрединговые хребты образуют границы плит, именуемые дивергентными. Они фиксируются цепочками мелкофокусных (с гипоцентрами до первых десятков километров) землетрясений.

Нисходящие ветви конвективных ячеек — зоны субдукции, где океанические плиты погружаются (субдуцируются) под континентальные массы на весьма неслабые глубины — до 600-700 км. Что и фиксируется очагами глубокофокусных землетрясений. А также — глубоководными желобами (например, Марианский желоб, куда погружались отец и сын Пикары), вулканическими дугами (Курило-Камчатской, Алеутской, Японской и др.). Это — конвергентные границы литосферных плит.

Первоначально литосферных плит было выделено (именно по распределению сейсмичности) весьма ограниченное количество — Евразийская, Африканская, Северо- и Южноамериканская, Австралийская, Антарктическая, Тихоокеанская. Все они, кроме Тихоокеанской, чисто океанической, включают в себя части как с континентальной, так и океанической корой. И дрейф континентов в рамках этой концепции — не более чем их пассивное перемещение вместе со включающими их литосферными плитами.

Таковы в конспективном изложении основные принципы глобальной тектоники плит в ее классическом, так сказать, исполнении. Повторяю, они в начале 70-х годов не только стали почти общепризнанными (в основном среди геофизиков и морских геологов), но даже нашли отражение в беллетристике — вспомним роман Сакё Комацу «Гибель дракона» и снятый по его мотивам яркий (хотя и весьма безграмотный, в отличие от литературного источника) фильм.

Первоначально собственно тектоника литосферных плит и классическая региональная геология существовали как бы в разных измерениях. Мостом между ними послужила концепция тектоностратиграфических террейнов. Это — коровые, то есть сорванные со своего литосферного основания, блоки, испытавшие, как правило (хотя и не обязательно) многоамплитудные горизонтальные смещения и включенные в геологические структуры, совершенно отличные от тех, в которых они были образованы. Было установлено (и более или менее общепризнано), что горные пояса запада Америки, Северо-Востока бывшего Союза и многих других регионов представляют собой амальгаму таких террейнов.

Масштабы

Оставался вопрос о масштабах перемещения террейнов. Здесь пора перейти от научно-биографического и научно-популярного жанра к жанру мемуарному, так как автору довелось быть участником многих дальнейших событий.

Дело происходило, опять же, на Северо-Востоке нашей бывшей отчизны, в Корякии и на Камчатке. Места специфические — в начале 80-х поселки на севере Камчатской области очень напоминали Доусон, Сороковую Милю и прочие эпико-героические поселки эпохи Аляскинской золотой лихорадки.

Однако к данной истории это имеет лишь косвенное отношение. Важнее то, что по всей Корякско-Камчатской горно-складчатой области в изобилии встречались те самые офиолитовые фрагменты, о которых упоминалось выше.

Сомнений в их океаническом (в широком смысле слова) происхождении, пожалуй, что и не было. Как, впрочем, и в их перемещении к месту современного залегания из более низких широт — об этом сивдетельствовала тепловодная фауна в осадочных породах офиолитов. Тогда как фауна окружающих формаций имела холодноводный (т.н. бореальный) характер.

Некоторое недоумение вызывало то, что породы офиолитов, при общем подобии таковым океанической коры, тем не менее почти не имели в современных океанах точных аналогов. Для обьяснения чего высказывались мнения и о их формировании в окраинных зонах океанов, и об отличии древних океанических образований от современных. Однако два события дали возможность другого объяснения. А заодно — и возможность количественной оценки масштабов перемещения океанических террейнов Северо-Востока.

Для количественной оценки масштабов перемещения террейнов используется обычно палеомагнитный метод — определение палеошироты формирования пород по вектору их остаточной намагниченности. Не буду вдаваться в детали (тем более, что специалистом в этом вопросе не являюсь), но в ряде случаев палеомагнитные измерения не очень бились с более или менее достоверными геологическими данными. А главное, именно для пород офиолитовых фрагментов получить достоверные палеомагнитные данные в силу ряда причин очень затруднительно. Однако два события, совершенно не связанных друг с другом, способствовали прояснеию вопроса.

События же — таковы. Первое имело место на просторах Южной Атлантики. Где два француза, Дюпре и Аллегре, изучали современный базальтовый вулканизм океанических островов (в их числе и остров Святой Елены, где кончил свои дни Буонопарте, известный). И оказалось, что многие базальтовые серии этих островов образованы за счет плавления весьма специфической по составу мантии.

Дальнейшие работы показали, что зона излияний базальтов аномального состава протягивается по крайней мере через половину Южного полушария между 20 и 40 параллелью (рис. 1). Существование здесь мантийной аномалии очень глубокого заложения было подтверждено сейсмической томографией и данными трехмерного моделирования, выражаемыми цифровыми картами в формате DEM (рис. 2). Она получила название аномалии DUPAL (от фамилий DUpre и ALlegre).

pl-tec-ris1Рис. 1. Положение аномалии DUPAL на земной поверхности

pl-tec-ris2Рис. 2. Зона аномальной разуплотненной мантии

Резонно было предположить, что необычные особенности базальтов из офиолитовых фрагментов Северо-Востока объясняются их выплавлением из мантийного вещества, подобного мантии DUPAL — хотя бы потому, что все прочие объяснения, в силу ряда причин, удовлетворительными не были.

Однако доказать это (или хотя бы проверить) не представлялось возможным. Выделение DUPAL-related базальтовых серий основывалось в первую очередь на данных по геохимии стабильных изотопов. Изотопные же исследования требуют дорогостоящей аппаратуры и в силу этого у нас мало доступны (по сию пору). Во всяком случае, ни о какой массовой аналитике речи идти не могло. Но геохимия изотопов в известной мере коррелирует с классической, элементной, геохимией. Оставалось только установить эту корреляцию.

И тут произошло второе из упомянутых событий — появление (разумеется, у нас, не в мире) первых персоналок. Как сейчас помню, это были произведения широко тогда известной (в узких кругах) фирмы Amstrad — о процессоре Intel 8086 с тактовой частотой ажно 8 Mhz, о 640 Кбайтах ОЗУ, с огромными (30 Мбайт) винчестерами и прочей крутизной. Работающих, разумеется, под MS DOS (версии 3.3, если не изменяет память.

Вот на этих-то машинах и началось масштабное сравнение геохимии базальтов из зоны DUPAL с базальтами офиолитов Северо-Востока (благо традиционной геохимии по последним за десять лет накопилось вдоволь). Делалось это посредством полузабытого ныне табличного процессора QuattroPro — по сию пору числю ее среди лучших программ всех времен и народов.

Сначала были установлены геохимические индикаторы (отношения элементов с противоположным поведением при процессах плавления) в базальтах, для которых достоверно (по изотопии) было доказано происхождение из аномальной DUPAL-мантии. Затем та же методика применялась для базальтов Северо-Востока. В результате чего последние по межэлементным отношениям статистически значимо распались на две серии — с DUPAL-характеристиками и без оных. Причем положение их было геологически различно: первые ассоциировались с тепловодной фауной и не имели связей с геологическими структурами Северо-Востока, вторые такой ассоциации не имели, зато обнаруживали связь со структурами зоны перехода от Северной Пацифики к Евразии.

Что и дало основание предположить, что по крайней мере часть офиолитовых террейнов Северо-Востока была образована не просто вдали от своего нынешнего местонахождения, а, так сказать, очень вдали — возможно, в юго-западной части Тихого океана. Достаточно взгляда на карту Мира (рис. 3), чтобы оценить масштабы их перемещения. Осуществившегося за геологически не очень длительное время — не более 60-70 млн лет.

pl-tec-ris3Рис. 3. Схематическая реконструкция масштабов перемещения террейнов Северо-Востока

Положа руку на сердце, не смогу утверждать, что изложенные взгляды стали общепринятыми. Однако за истекшие с первых публикаций (1992-1994 гг.) годы они не были и опровергнуты. Более того, иного обьяснения особенностей офиолитов Северо-Востока так и не было предложено.

Впрочем, и автор предложенной гипотезы не станет настаивать на ней с пеной у рта. Просто все рассмотренное являет собой иллюстрацию того, что все нынешние модификации геологических представлений развиваются в русле мобилизма. Начало которому положил Вегенер — полевик-наблюдатель, экспериментатор-измеритель и интерпретатор-аналитик, автор первой истинно геодинамической концепции…

Оставить комментарий

Перейти к верхней панели