ЗЕМЛЯ — ПЛАНЕТА В БАЗАЛЬТОВОЙ СКОРЛУПЕ

Горы и равнины земных материков и океанов. Горы материков — орогены из древних геосинклинальных прогибов

Глядя на Землю издали и мысленно «убрав» ее водную оболочку, мы бы увидели, что вся земная поверхность опоясана цепями горных хребтов, переходящих с приподнятых материков на низко лежащее дно океанов. Хребты окружают материки по краям либо рассекают их в виде дуговых и прямолинейных зубчатых гребней. Между горными хребтами и их системами располагаются равнинные области. Часть из них целиком лежит на поднятых материках, часть ступенчато опускается от равнин материков на края океанских впадин. Наконец, другие равнины целиком расположены в низко лежащих областях океанского дна. Равнины, поднятые и опущенные, заполняют ячейки в системе хребтовых цепей на поверхности земной тверди ( 2).

Материковые равнинные области называются платформами. Для них типично плащеобразное залеганне осадочных слоев на больших пространствах. Осадочные слои были накоплены в результате осаждения из вод, некогда покрывавших тонким слоем ныне сухие материковые равнины, либо медленного переотложения обломочного материала (обломки, песок, глина) наземными водными потоками, который постоянно поступал с разрушаемых гор, окружающих равнины.

Осадочные слои платформ покоятся на твердом кристаллическом цоколе — фундаменте. Он слагается смятыми в складки слоями, которые пронизаны магматическими телами  . Фундаменты платформ раньше не имели ровной поверхности. Они сами представляли собой системы таких же горных стран, которые теперь существуют только вдоль краев равнин. Когда прежние горы были уничтожены размывом, то-есть денудированы, возникла выровненная плоская поверхность, образованная на смятых слоях, слагавших бывшие горы. При погружении кристаллический цоколь платформ начинает покрываться осадочным чехлом.

Горные цепи, окружающие платформенные равнины, состоят в значительной мере из слоев, накопленных в виде осадков. Но если осадки платфоряГ распределяются на больших площадях тонкими последовательными горизонтами, то осадки будущих гор накапливаются в глубоких впадинах —г прогибах или в системах сближенных узких прогибов, обычно залитых водами океана. Такие обширные прогибы назвали геосинклиналями.

Вместе с опусканием дна прогиба или даже опережая главную фазу опусканий внутри впадин — депрессий всегда изливаются лавы «основных» магм. Это и есть базальтовые лавы, уже утерявшие часть летучих веществ магмы. В таких расплавах меньше кремнезема, чем в «кислых», а именно 40—45 %. Чередуясь с лавами и перекрывая их, в прогибы переносятся осадки с окружающих поднятий. Осадки и лавы заполняют прогибы. Одновременно внутри прогибов возникают цепи вулканических островов. Вулканы вновь поставляют продукты расплавов на склоны островных цепей и в смежные впадины. Лава вулканических островов, поднимающаяся с глубин вдоль гряд — кордильер, созданных внутри прогибов, по составу промежуточна между «кислыми» и «основами» разностями.

Такие магматические расплавы называются «средними», в них содержание кремнезема 50—65 %. Вулканические Кордильеры размываются, разрушаются одновременно с продолжающимся вулканизмом. Постепенно бывшие прогибы полностью заполняются, а твердь Земли начинает испытывать вместо прежнего общего опускания, общее поднятие. Мощные толщи накопившихся осадочных и вулканических пород сминаются в складки. Из глубин снова поступает расплавленная магма, теперь уже «кислого» — гранитного состава. Магма уже не прорывается на поверхность и застывает внутри перемятой линзы слоев — накоплений бывших прогибов. Из-за влияния горячей магмы и уплотнения при смятии осадочные породы испытывают преобразования — метаморфизм и превращаются в породы кристаллические. Теперь они .плохо поддаются изгибу, и при дальнейших неравномерных поднятиях расщепляются на линзы— пластины. При поднятии складчатые слои вместе с твердыми пластинами, наползая друг на друга, как бы выворачиваются из зоны прежнего прогиба. Выворачивание— «выплескивание» н смещение геосинклинальных толщ из прежних прогибов, на месте которых затем появляются воздымания, всегда имеет одно главное направление. Складки опрокидываются, а пластины проскальзывают и выталкиваются на равнину — на'платформенную стабильную область. Известный австрийский геолог Э. Зюсс сто лет назад назвал платформу, на которую опрокидываются складки, форландом, или фронтальной платформой.'

Складчато-глыбоаые нагромождения и прогнутые линзы измененных осадочных и вулканических накоплений слагают горы материков — орогены. Их называют горами, произошедшими из геосинклиналей, то-естй эпигеосинклинальными орогенами. Теперь цепи гор начинают разрушаться атмосферными процессами, хотя вулканизм может продолжаться. Перед горами и перед фронтом надвинутых на платформу пластин, пакетов и опрокинутых складок быстро накапливаются шлейфы обломков метаморфизованных пород. Такие накопления достигают многих километров по мощности. Субстрат под ними погружается, компенсируя поднятия гор. Эти грубообломоч- ные слои — молассы часто формируются в прогибе ниже уровня моря. В конце концов при размывании гор они образуют мощные линзовидные тела осадков. Такие зоны погружений перед горами, заполненные линзами моласс, называют краевыми прогибами.

Горы еще частично продолжают подниматься, заставляя ось краевого прогиба как бы перекатываться, смещаться вглубь стабильной платформы — фронтальной рамы складчатой области. Пока горы поднимаются, они выступают в рельефе. Как только процесс поднятия закончен, горные цепи геологически «мгновенно» уничтожаются поверхностной денудацией и, будучи срезаны размывом, могут стать цоколем — фундаментом платформы под 'осадочным чехлом.

Почти все горные цепи материков возникли из недавно прогибавшихся гео'синклинальных прогибов. Это — Альпы, Карпаты, Кордильеры, горные хребты Камчатки, Ближнего Востока. Некоторые горные системы внутри своих отдельных цепей до сих пор сохранили узкие депрессии, находящиеся еще под уровнем моря. Это островные горные цепи Юго-Восточной Азии, Меланезии.

Существуют на Земле также молодые материковые горы, которые возникли из древних геосинклинальных прогибов. Их складчатые уплотненные толщи уже поднимались раньше в виде эпигеосинклинальных орогенов. Разрушение и выравнивание орогенов было потом прервано. Затем они снова стали воздыматься, но уже теперь породы их не сминались в складки. Горы поднимались целыми или раздробленными на глыбы массивами.„ Такие горы называют эпи- платформенными. Их поднятия всегда совпадают с рождением более молодых эпигеосинклинальных гор, влияние которых как бы «омолаживает» их древний рельеф. Обновленные горы — это Урал, Тянь-Шань, Аппалачи, некоторые области вблизи и внутри Кордильер.

Горы рождались из геосинклинальных прогибов много раз в истории Земли. Каждая эпоха образования гор и предшествующего накопления слоев, слагающих горы, называется геотектоническим этапом. Окончание геотектонических этапов определяется приблизительно — по моменту завершения горообразования.

Горы не везде возникали одновременно. Соотношение геотектонических этапов таково,, что начало одного этапа (заполнение геосинклинали), протекающего в каком-то регионе, приходится на середину или окончание другого этапа (конец орогенеза) в ближнем либо удаленном регионе. Оказалось, что во многих зонах Земли одинаковые события происходят почти одновременно и в единой последовательности. Поэтому геотектонические этапы прогибаний, накопления толщ, а затем — последующих ,поднятий-их в виде гор являются глобальными. При этом события тех или иных этапов проявляются неповсеместно. Какой-то этап эпигеосннклинального горообразования прошел в одних областях, другой этап, несколько сдвинутый во времени, проявился в иных областях.

Геотектонические этапы на платформах выражались сменой различных осадочных слоев. В платформах и в смежных горных цепях главные стадии прогибаний или поднятий в геосинклинали можно уловить также по особенностям строения осадочных платформенных чехлов.

От этапа к этапу (говорят также от цикла к циклу, считая, что по стадийности явления повторяются) размеры областей, подвергающихся прогибанию и последующему горообразованию, сокращаются. Горы, состоящие из складчатых пород, примыкая к более ранним и уже размытым складчатым областям, тоже выравниваются. Они покрываются осадочными чехлами и наращивают в пространстве краевые области платформ, окружая нх более или менее- концентрически. Конечно, этот процесс не идет вполне однозначно. Части прежних, платформ тоже иногда разрушаются и вновь втягиваются в глубокие погружения геосинклинального типа; позже здесь снова поднимаются горные цепи.

В результате описанных процесов образовался современный разрез земной коры. Платформы состоят из двух ярусов: нижнего — складчатый фундамент и верхнего—осадочный чехол; последний имеет мощность в среднем 2—6 км и может быть не сплошным. Блоки платформ с обнаженным фундаментом называют платформенными щитами, в огличие от областей, перекрытых чехлом, — платформенных плит. Складчатый фундамент .платформ относят к «гранитному» слою коры (название условное). Сейсмические волны, «просвечивающие» недра, проходят через него со скоростью 6 км/с. Мощность его равна примерно 15—25 км. Ниже лежит более плотный «базальтовый» слой мощностью 12—15 км, tf котором скорость прохождения волн 6,8—7,5 км/с. Еще ниже располагается область со скоростью прохождения' волн более 8 км/с, которую относят к мантии Земли. В ней расположены частично расплавленные из-за высоких температур линзы «астеносферы».

Горные страны состоят из перемятых Слоев, пронизанных гранитами. Осадочный слой залегает здесь в отдельных впадинах. «Гранитный» слой продолжается до глубин около 30 км. Глубже его подстилает «базальтовый» слой. Чем выше горы, тем больше общая мощность слоев коры, лежащих над мантией. Мантия ограничена сверху так называемой границей Мохоровичича (Мохо), на которой резко меняются скорости от «коровых» до «мантийных». Обратное соотношение высоты гор и глубины «корней гор», т. е. мощности коры, объясняется эффектом изостазии (эффектом плавающего в воде айсберга).

Важная роль в пропаганде современных представлений о морфологии дна океана принадлежит американским ученым Б. Хизену и М. Тарп, создавшим выразительные карты рельефа дна. Последняя карта морфологии ложа Мирового океана составлена в 1980 г. под руководством советского геолога Г. Б. Удинцева.

Равнины океанов, как п материковые, тоже покрыты чехлом осадков. Мощность их около 2 км. Под осадочным слоем лежат базальтовые лавы со скоростью прохождения сейсмических волн 5 км/с. Они не прлнадлежат еще к геофизическому «базальтовому» слою. Мощность лав в среднем 2—3 км. Между плащом океанских базальтовых лгв и собственно «базальтовым» слоем со скоростью прохождения волн 6,5 км/с в океане часто отсутствует пласт коры, который мог бы отвечать «гранитному» слою материков. «Базальтовый» слой океанов меньшей мощности, чем соответствующий-слой основания материков. Так что вся кора океанов считается более тонкой: от 7—8 до 10 км. В более нижних горизонтах скорость прохождения волн 8 км/с, что характеризует их как мантию. Правда, в тех областях, где из под плаща океанских лав поднимаются складчатые горы островных цепей, «гранитный» слой вновь появляется .

Геологический см&сл этого обстоятельства, а именно отсутствия (истинного либо кажущегося) корового «гранитного» пласта, отвечающего подосадочному пласту материков, до сих пор неясен. Оно является одной из главных загадок геологии. Возможно, его здесь никогда не было (концепция древности океанов). Возможно, он был, но погрузился под лавы и воды океанов, изменив свою плотность (концепция фиксизма). Возможно, он возник лишь в связи с разрывом материковой оболочки — в зияниях между отплывающими друг от друга континентами (концепция мобилизма).

Горы в океане тоже иные. В центре (Атлантический), по краю (Тихий), либо в виде отдельных ветвей (Индийский) внутри океанов протягиваются так называемые срединно-океанические хребты. Они, |сак и ложе под осадками, тоже слагаются базальтами, а не складчато-метаморфическими образованиями. Хребты рассечены вдоль простирания на отдельные разно поднятые блоки-клавиши, обычно с главным ущельем — рифтом — в середине. Поперек хребтов с их разноподнятыми блоками"вдоль разломов в океанском дне проходят глубокие расщелины. «Базальтовый» слой коры в океанах утоняется к серединам хребтов, и кровля мантии лежит выше, чем под океанскими плоскими котловинами. Зато сама мантия под хребтами менее плотная (V = 7,5 км/с). Считается, что это может oj- ражать наличие там разогретой и частью расплавленной астеносфер- ной линзы.

Крупные поднятия на дне океанов — это также глыбовые валы с надстройками вулканов. Рядом с дуговыми горами островов, состоящих, как и материковые, из складчатых пород, существуют глубокие прогибы — желоба, достигающие глубины более .11 км. Дуговые поднятия близ желобов бывают и подводными, тогда они сложены базальтовыми породами.

Все базальтовое дно океанов залито лавами с возрастом не древнее начала мезозоя, то-есть более молодыми, чем 240 млн. лет. В то же время на материках, выступающих из-под молодой лавовой скорлупы, геологический возраст образований может быть очень древним. Здесь известны породы с возрастом 3,8 млрд. лет.

Базальтовое дно океанов устроено своеобразно. Чем ближе к рифтам срединных хребтов, тем более молодые базальты залегают на дне. Дно океана оказалось также магнитным. Полосы, отражающие различную" намагниченность дна (попеременно с прямой и обратной полярностью), простираются параллельно рифтам хребтов, как бы отвечая полоскам пород разного возраста. Эти наблюдения породили гипотезу, что смена полярности магнитного поля Земли совпадает с моментами последовательного излияния лав. Лавы изливаются на «раздвигающуюся» земную кору и застывают по краям трещины. Затем внутри вновь раскрывшейся трещины внедряется следующая порция лав при новом раздвигании блоков твердой Земли. Материки постепенно перемещаются в разные стороны за счет расширения — разрастания в обе стороны от первичной трещины базальтовой океанской беэгранитной коры. На тихоокеанских побережьях базальтовое дно, разрастаясь от хребта, не причленя- ется к материкам, а наклонно «ныряет» под них и на западе, и на востоке. Осадки дна при этом сгруживаются вдоль материковых краев и образуют складчатые горы..

Эта концепция сумевшая как будто сразу решить две главные. проблемы геологии — образование океанов и происхождение гор, приобрела очень широкое признание. В то же время, будучи при- . менена к реальным регионам, она встречается с множеством противоречий. Следует также иметь в виду, что исе другие планеты земной группы, где сохранились недеформированные круговые формы, развиваются с образованием базальтовых «океанов» без про- ^ цессов «раздвигания» коровых блоков. Расплавы лав заливают здесь крупные коровые погружения. Именно потому очень интересно сравнять базальтовые плащи материков и океанов Земли с вулканическими плащами базальтовых морей и океанов Луны.

Прежде чем обсуждать проблемы образования базальтов на дне океана, скрытых водным слоем от прямого наблюдения, рассмотрим, как образуются плащи трапповых провинций на материках.