Вегенер. Происхождение континентов и океанов

 

Поверхностное смещение полюсов и перемещение земной оси внутри Земли

 

 

Теперь попытаемся ответить на вопрос; могут ли осуществляться поверхностные смещения полюсов вследствие перемещения коры над ее 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 движеиия, 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 остается только внутреннее смещение осей.

 

Говоря о смещении осей, прежде всего нужно подумать о перемещении оси внутри среды, окружающей ее 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 осещ можно подойти как с теоретической, так и с эмпирической стороны. Чта касается теоретической стороны, то ряд авторов определенно 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 расчеты таких видных геофизиков производят большое впечатление на геологов, которые не в состоянии проверить предпосылки этих расчетов 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 осп 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 привел выдержку из его рассуждений [200]. При этом он рассматривает три случая: вполне твердой Земли совершенно жидкой (текучей) Земли и Земли, которая до известного предельного значения сил ведет себя как твердая, 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 процесах экваториальное утолщение Земли сохраняет неизменным свое 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 создает 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 остается 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 серьезно предполагать, что экваториальное утолщение должно сохранять свое положение неизменным, словно Земля абсолютно неподвижна. Проявление изостатических компенсационных движений и относительные перемещения континентов достаточно убедительно свидетельствуют о том, что Земля обладет 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 я^е 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 свое действие; если, например, эта причина состоит в прибавлении массы т где-нибудь в средних широтах, то перемещение осей может прекратиться только тогда, когда такая дополнительная масса дойдет до экватора или, точнее говоря, когда экватор достигнет ее.

 

Конечно, проблема требует подробной математической разработки. Но, по моему мнению, вышеприведенного 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 путем к выводу о том, что поверхностная миграция полюсов происходит вследствие перемещения осей. Правда, пути, которые с этой целью выбираются, являются косвенными и поэтому мало надежными, но примечательным образом все они указывают на реальность внутренних перемещений осей.

 

Сначала следует напомнить об изображенном на  40 перемещении коры Европы над ее субстратом в юго-западном направлении. Поскольку сиалические утолщения европейских горных цепей, смещенные 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 еще 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 п замедленного приспосабливания последней к новому положению оси, в то время как море тотчас реагирует на ее смещение.  41 поясняет это: поскольку океан при переориентации экваториального утолщения тотчас следует за смещением оси, а Земля отстает, 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 ООО 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 своем приспосабливании к смещению осей поверхность Земли, вероятно, отстает на величину порядка 100 м по сравнению с немедленным приспосабливанием к нему поверхности моря, это и должно было проявиться в трансгрессивном цикле.

 

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 неопределенность возникает вследствие того, что расположение и пространственное распространение трансгрессивных морей в различные периоды определены весьма приблизительно.

 

Если мы нанесем на реконструированную карту Земли в карбоне береговые линии трансгрессивных морей по обычным палеогеографическим изображениям, приводимым, например, Коссматом или JI. Вааге- ном для двух эпох — раннего девона и раннего карбона, то получим 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.

 

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  43. Здесь мы снова видим подтверждение правила, являющегося тем более убедительным, что условия,, возникшие в Северной и в Южной Америке, были прямо противоположными.

 

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 да 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 отчетливых результатов. Возможно, что в данном случае нельзя больше обходиться относительными перемещениями полюсов, которые я использовал, и исследование должно базироваться на осреднен- ных 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 по верхности в течение ограниченного периода времени рассматривать лишь определенную, хорошо исследованную ее часть относительно изменений на протяжении всей истории Земли (для нас — с эпохи карбона) и при этом сравнивать изменения ее 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.

 

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.

 

 

 

К содержанию книги: О теории дрейфа континентов

 

 

Последние добавления:

 

ГЕОЛОГ АЛЕКСАНДР ФЕРСМАН   ИСТОРИЯ АТОМОВ  ГЕОХИМИЯ ВОДЫ

 

  ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОШЛОЕ ПОДМОСКОВЬЯ   КАЛЕДОНСКАЯ СКЛАДЧАТОСТЬ