28. Схема строения зоны Беньофа

Океанская кора

вместе с частью

мантии, лежащей

выше астеносферы,

погружается

внутрь мантии.

Это погружение

сопровождается

интенсивными

землетрясениями,

вулканической

активностью

в районе желобов

и примыкающих

к ним островных

ДУГ

ния участков дна по транспортным разломам достаточно сложны. Необ­ходимо учитывать, что движение, строго говоря, происходит не в гори­зонтальном направлении, а по сфе­роиду, относительно так называемых «полюсов» разрастания.

Рифты срединно-океанических хребтов, зоны субдукции, трансфор­мные разломы служат естественны­ми границами отдельных участков земной коры. Эти участки представ­ляют собой, по мнению сторонников новой глобальной тектоники, геоло­гические структуры первого поряд­ка, названные литосферными плита­ми. Литосферные плиты могут включать как континентальные, так и океанические участки коры. Ан­глийский исследователь Э. Буллард первоначально выделил шесть круп­нейших плит: Тихоокеанскую, Аме­риканскую, Африканскую, Евразий­скую, Австралийскую и Антаркти­ческую. Дальнейшая разработка тео­рии движения литосферных плит привела к тому, что в результате уточнения границ отдельных стру­ктур их количество резко увеличи­лось, и сейчас некоторые исследова­тели выделяют до ста отдельных плит. В идеальном случае плиты ограничены с одной стороны зона­ми, где поднимается мантийный ма­териал и образуется новая литосфе­ра, а другой границей служит зона поглощения литосферы, зона субдук­ции. Трансформные разломы явля­ются пассивными границами, по ним плиты лишь скользят относи­тельно друг друга. В природе плиты очень разнообразны, различаются между собой не только по размерам, но и по скорости движения, моно­литности и т. д.

Размеры и форма плит литосферы изменчивы. Они меняются либо в результате увеличения площади океанов при спрединге, либо, напро­тив, вследствие поглощения части плиты в процессе субдукции.

Дальнейшее развитие гипотезы тектоники литосферных плит, в час­тности и советскими исследователя­ми (П. Н. Кропоткиным, О. Г. Со-рохтиным, С. А. Ушаковым, В. В. Федынским, В. Е. Хаиным и др.), привело к уточнению высказанных ранее положений, переосмыслива­нию многих ранее известных фактов из истории развития Земли.

Исходя из представления о том, что относительно вязкий слой ман­тии, ее нижняя часть, заключен между двумя значительно менее вязкими средами — жидким внеш­ним ядром и астеносферой, и пола­гая главным источником энергии геологических процессов плотнос-тную дифференциацию, О. Г. Сорох-тин (1974) построил математиче­скую модель глубинных процессов.

Проведенные расчеты позволили предположить, что в нижней мантии преобладают вертикальные движе­ния, а объединение восходящих и нисходящих потоков в замкнутые конвективные ячейки происходит за счет горизонтальных течений ве­щества в астеносфере верхней ман­тии и в переходном слое между ман­тией и ядром Земли. Причем энер­

29. Трансформ­ные разломы, расположенные между двумя участками хребта, смещены

относительно друг друга (Менард, 1971)

гетически возможным является только одно- или двухъячеистое строение Земли. Переход от одного состояния к другому закономерно че­редуется во времени в зависимости от температурного режима мантии, изменяющего соотношение вязкостей мантии и астеносферы. При одноя-чеистой структуре мантия будет разогреваться, а ее вязкость соответ­ственно уменьшаться. Достигнув критического предела, существу­ющая конвективная структура ста­новится энергетически невыгодной, и как следствие происходит самоус­коряющийся процесс перестройки конвективной структуры в двухъ-ячеистую.

При двухъячеистой структуре теп­ловые потери мантии выше, темпе­ратура ее снижается, вязкость уве­личивается. Соотношение вязкости мантии и астеносферы подходит к критическому значению уже с дру­гой стороны, что приводит опять к восстановлению одноячеистой стру­ктуры, т. е. возникает автогенератор­ный режим развития конвективного процесса.

Расчет времени, необходимого на завершение одного цикла, позволил оценить скорость протекания ука­занных процессов и сопоставить их с известными тектоно-магматически-ми циклами развития Земли, начи­ная от архейского времени. Получи­лась вполне удовлетворительная корреляция.

Согласно построенной модели со­временному этапу развития Земли соответствует двухъячеистая конвек­тивная структура. Области подъема мантийного вещества находятся под районом острова Пасхи в Тихом оке­ане и в Восточной Африке, под так называемым треугольником Афар на севере Эфиопии. Области «горя­чих» центров почти антиподны друг другу, а большинство современных геосинклинальных зон Земли (ос­тровных дуг и побережий матери­ков, окаймленных глубоководными желобами) расположены вблизи ли­нии, занимающей экваториальное положение по отношению к центру в треугольнике Афар (рис. 30). Эти области рассматриваются как зоны нисходящих потоков мантийного ве­щества. В предложенной концепции срединно-океанические хребты рас­сматриваются как зоны растяжения и подъема мантийного вещества к поверхности Земли. Растяжение возникает из-за однонаправленного, но все же разного по горизонтальной составляющей скорости движения литосферных масс: горизонтальная составляющая движения вещества конвективного потока растет в сторо­ну от области подъема.

В зоне разрыва сплошности литос­феры в результате изостатической компенсации начинается подъем мантийного вещества, вероятно, пе-ридотитового состава, т. е. состоящего из оливина и пироксенов.

Горячие перидотиты, взаимодей­ствуя с водой, изменяются. При вы­соких температурах по этим поро­дам активно развивается тальк, по мере понижения температуры начи­нает преобладать серпентин. Серпен-тинизация перидотитов приводит к выделению не вошедшего в состав серпентина железа, карбонатов, окислов щелочных металлов, ча­стично геля кремнезема и т. д. Под зоной серпентинизации должны за­легать неизменные перидотиты; гра­ница между ними, по всей видимо­сти, и фиксируется как поверхность Мохоровичича. В рифтовых зонах активно внедряются дайки и интру­зии габброидов, изливаются базаль­ты. Последние и представляют собой основное вещество второго слоя.

В зонах нисходящих конвектив­ных потоков под влиянием сходя­щихся астеносферных течений про­исходят сжатие и надвиг литосфер­ных плит друг на друга. Плита, оказавшаяся подмятой, погружается в верхнюю мантию вдоль наклонной поверхности Беньофа. Вместе с ли-тосферной плитой в глубины вер­хней мантии затягиваются океани­ческая кора и слой осадков. На гра­нице раздела возникают значитель­ные напряжения трения и сдвиго­вые деформации. Выделяющееся ог­ромное количество тепла приводит не только к плавлению базальтов, но и к прогреву всей вышележащей

толщи. Расчеты показывают, что ес­ли бы не вынос тепла термальными водами в результате дегидратации серпентинитов, то и вышележащая плита достигла бы температуры плавления базальта. Термальные во­ды стабилизируют ее температуру на уровне- частичного расплавления вещества (анатексиса).

Под воздействием больших давле­ний и температур поддвигаемая плита в результате выплавления бо­лее низкотемпературных компонен­тов теряет не только легколетучие вещества, но и кремнезем, глинозем, окислы щелочных и лаллов и, в час­тности, калий. Эти легковыплавляе-мые вещества, поднимаясь вверх,

концентрируются у подошвы земной коры или изливаются на повер­хность. Большую роль в накоплении щелочных металлов, характерных для гранитной оболочки, играют оса­дочные породы и пропитывающие их поровые воды, обогащенные Na и К.

Интересные данные приведены у О. Г. Сорохтина (1974) по содержа­нию калия в глауконитах — мине­ралах, образующихся из морской во­ды на дне океанов. Если среднепро-терозойские глаукониты обычно со­держат КгО до 10%, среднепротеро-зойские — до 7 %, то рифейские уже до 4 %, а кайнозойские — обычно по­рядка 2,6%. Эти цифры свидетель­ствуют о постепенном по времени извлечении калия из морской воды.

Такой ход процесса логично объ­

ясняет незначительное количество архейских гранитов и карбонатных отложений. На ранних стадиях раз­вития Земли, когда уровень океанов, по представлению сторонников изла­гаемой концепции, не достигал уров­ня дна рифтовых долин срединно-океанических хребтов, серпентини-зация поднимающегося вещества ас­теносферы происходила слабо. По­этому-то слабо был развит процесс выплавления сиалического вещества в зонах Беньофа. Серпентинизация мантийного вещества началась очень активно, когда воды накопи­лось столько, что она залила рифто-вые долины срединных хребтов. Только после этого события, проис-

шедшего около 2 600 млн. лет назад, могли появиться в большом количес­тве граниты, стали образовываться основания платформенных областей, появились первые интрузии щелоч­ного состава.

Активное накопление карбонат­ных отложений началось после 2 млрд. лет назад, когда возникающие при серпентинизации карбонаты на­сытили воды Мирового океана.

Гипотеза мобилизма логично объ­ясняет и природу геосинклинального процесса. Геосинклинали — это зоны высокой подвижности, значительной расчлененности и повышенной про­ницаемости литосферы, характери­зующиеся на ранних этапах своего развития преобладанием интенсив­ных погружений, а на заключитель­ных — интенсивных поднятий, со-

30. Схема

вероятного

расположения

восходящих

и нисходящих

мантийных

потоков

в проекции

на дневную

поверхность

(но О. Г. Сорохтину

1974)

провождаемых значительными

складчато-надвиговыми деформа­циями. Эта общая схема развития геосинклинальных зон сейчас при­нимается большинством геологов, од­нако относительно природы этого процесса существует много взаимо­исключающих точек зрения. С точ­ки зрения сторонников тектоники литосферных плит эволюция гео­синклинального процесса выглядит следующим образом. При пере­стройке структуры конвективных те­чений в мантии Земли под нисхо­дящим потоком начинает образовы­ваться прогиб литосферной плиты (рис. 31а). Как только напряжения сжатия превысят предел прочности пород, произойдет раскол литосфе­ры, сопровождающийся активным основным магматизмом (рис. 316) и накоплением граувакковых и гли­нистых осадков. После раскола ли­тосферной плиты одна из ее частей станет поддвигаться под другую, на­чинают развиваться уже изложен­ные процессы дегидратации, метасо-матической переработки и разогрева частей плиты, сопровождающиеся андезитовым магматизмом. Зона контакта между частями расколов­шейся плиты начинает постепенно перемещаться в сторону наползаю­щей плиты. В результате впереди этой плиты формируется литосфер-ный выступ (рис. 31в). Надвигаемая литосферная плита оказывает зна­чительное избыточное давление на погружающуюся под нее плиту. После достижения предела прочно­сти пород литосферы на скалывание поддвигаемая плита ломается и из­меняет направление своего движе­ния, начиная круто опускаться в мантию.

Поступающие из зон наддвига ан-дезитовые магмы постепенно нара­щивают тело островной дуги. Накап­ливающиеся в области прогибания осадки создают мощную толщу оса­дочных пород.

Образовавшийся литосферный вы­ступ в наползающей плите не явля­ется устойчивым. Как только сила трения, действующая на этот, вы­ступ, превысит прочность его оснс*-вания, произойдет раскол (рис. 31г) и начнет развиваться наддвиг, при­водящий к перемещению бывшего фронтального литосферного выступа по поверхности наползающей плиты (рис. 31д). С началом образования регионального наддвига, смятия оса­дочных толщ и внедрения кислых интрузий наступает орогенная ста­дия развития геосинклинали. Эта стадия будет заключительной, если истек срок нисходящих движений и произошла перестройка конвектив­ных течений мантии или если сбли­жение плит привело к столкновению двух континентальных массивов. За­крытие геосинклинали в данный тектонический цикл вовсе не препят­ствует возобновлению геосинкли­нального режима на том же месте в один из следующих циклов.

Огромная информация, получен­ная в последние годы по геологии океанического дна, при ее рассмот­рении с позиций глобальной текто­ники плит позволила ряду исследо­вателей провести более или менее удачные реконструкции развития океанов. Наиболее полная и извес­тная схема палеографической рекон­струкции приведена в работе амери­канских ученых Р. Дица и Дж. Хол-дена («Новая глобальная тектони­ка», 1974). Эти авторы исходят из того, что около 200 млн. лет назад все континенты были соединены в единый суперматерик Пангею. Пан-гея была реконструирована автора­ми путем совмещения контуров со­временных материков по изобате 2 тыс. м (рис. 32). Единый континент был окружен океаном Панталасса, залив которого — море Тетис (прооб­раз Средиземного моря) — вторгался в сушу между современными Евра­зией и Африкой. Материки, объеди­ненные в Пангею, располагались в общем восточнее и южнее своего нынешнего положения, так что пло­щадь суши, находившейся в север­ном и южном полушариях, была примерно одинаковой.

Сторонники глобальной тектоники плит считают, что тектонические движения, расколовшие Пангею, на­чались не ранее 200 млн. лет назад. Одновременно с расколами начался дрейф литосферных плит и конти­нентов, расположенных на них. Спу­стя 20 млн. лет после начала дрей­фа, к концу триаса, Пангея была разделена широтным рифтом на две группы материков: северную — Лавразию и южную — Гондвану (рис. 33). Последняя также начала распадаться по рифту, отделившему Африкано-Южноамериканский блок от Австрало-Антарктического. По рифту, расколовшему Гондвану, на­чалось «раскрытие» Индийского оке­ана. Позднее, в юрском периоде, за­родился рифт, по которому произош­ло раскрытие Северной Атлантики в результате дрейфа Северной Аме­рики в северо-западном направле­нии. В то же время море Тетис на востоке начало закрываться вслед­ствие поворота против часовой стре-

80°

32. Единый

праматерик

Пангея 200 млн.

лет назад

с позиции

сторонников

новейшей

тектоники

плит

Море Тетис —

прообраз

современного

Средиземного

моря —

образовывало

обширный залив

между Евразией

и Африкой.

Взаимное

положение

материков

рассчитано

на ЭВМ

по наилучшему

совпадению

контуров

по 2000-метровой изобате (по Дицу и Холдену, 1974) лки Африканского континента и движения Индостанской глыбы к се­веру. Здесь происходило поддвига-ние океанической части литосферной плиты под Евроазиатский конти­нент. В дальнейшем, в кайнозое, ког­да материки сблизились, субдукция сменилась короблением краевых зон Евразии и Индостана, что привело к образованию горных цепей Гима­лаев.

Южная часть Атлантики начала раскрываться 135 млн. лет назад, в конце юры (рис. 34). Рифт, кото­рый начал раздвигать с юга Афри­ку и Южную Америку, как полага­ют, напоминал современное Красное море. Атлантический океан принял знакомые нам очертания, вероятно, к концу мела (65 млн. лет назад). Нераскрытыми оставались только самая северная его часть, а также Северный Ледовитый океан (рис. 35). В начале кайнозоя Антарктида, соединенная с Австралией, продол­жала двигаться в западном направ­лении, испытывая вращение против часовой стрелки.

В Тихом океане в юрско-меловое время, по-видимому, существовала система глубоководных желобов, по­глощавших литосферные плиты Се­верной и Южной Америки. Двига­ясь на запад, Северная Америка «наехала» на желоба и перекрыла, «задушила» их, по образному выра­жению Р. Дица и Дж. Холдена. Южная Америка, достигнув Анд-ского желоба, не закрыла его, а, по мнению этих авторов, начала сдви­гать его к западу.

В кайнозое материки заняли со­временные позиции: Австралия от­делилась от Антарктиды и переме­стилась к северу, Северная и Юж­ная Америка соединились Панам­ским перешейком, возникшим в ре­зультате вулканизма, Гренландия окончательно отделилась от Европы. В кайнозое же произошли некоторые изменения в направлении и скоро­стях движения материков, показан­ные на картосхемах Р. Дица и Дж. Холдена (рис. 36). По этим схе­мам можно видеть, что за 200 млн. лет материки значительно изменили свое положение. Северная Америка, например, совершила дрейф на 8 тыс. км в направлении на запад-северо-запад. Авторы цитируемой работы пытаются даже прогнозиро­вать дальнейшее развитие дрейфа и демонстрируют картосхему распо­ложения континентов через 50 млн. лет (рис. 37).

Если в целом концепция спредин-

33. Положение материков 180 млн. лет назад Северная группа континентов — Лавразия — отделилась от южной — Гондваны. Последняя также начала распадаться. Тонкими линиями и тонкими стрелками обозначены зоны сдвигов и зоны скольжения вдоль окраин литосферной плиты. Жирными стрелками обозначены векторы движения с начала дрейфа материков.

га и дрейфа литосферных плит вер-на, то, вероятно, перемещение мате­риков, «раскрытие» и «захлопыва­ние» океанов происходили и раньше, до образования Пангеи. Пород дна океана древнее юрских, по которым можно было бы провести аналогич­ные построения, не существует. Бо­лее древние горные породы сохрани­лись только на континентах. Среди них встречается специфическая ас­социация эффузивных и интрузив­ных пород в целом основного соста­ва, получившая название офиолито-вой ассоциации. Офиолиты пред­ставляют собой наиболее типичные проявления магматизма геосинкли­нальной стадии развития складча­тых областей. Офиолитовый ком­плекс по своему составу и строению весьма близок комплексам пород, слагающим ложе современных океанов.

Исходя из того что офиолиты — это остатки океанической коры гео­логического прошлого, Л. П. Зонен-шайн попытался провести палеоге­ографические реконструкции оке­анов, существовавших до Панталас-са в палеозое. Согласно этим постро­ениям в течение палеозоя постоянно существовали океаническое и конти­нентальное полушария. Океаниче­ское было занято Тихим океаном. В другом полушарии, существенно континентальном, реконструируются три более или менее крупных оке­ана: палеоазиатский (существовав­ший с позднего докембрия до сере­дины палеозоя), палеоатлантиче-ский того же возрастного интервала и океан Тетис, раскрывавшийся трижды: в среднем палеозое, в поз­днем палеозое и, наконец, в мезозое. Крупнейший из этих океанов, палео­азиатский, по величине не превы­шал современный Атлантический и изобиловал микроконтинентами.

Южная половина континентально­го полушария была длительное вре­мя занята мегаконтинентом Гондва­ны, который начал распадаться лишь в мезозое. Таким образом, на протяжении практически всего фа-нерозоя мезозойско-кайнозойский спрединг, характеризующийся обра­зованием новых, весьма обширных океанов на месте прежней Гондваны, раскалыванием континентов после очень продолжительного периода, когда они были, казалось, спаяны прочно между собой,— явление ис­ключительное в истории Земли. Ни­чего похожего на распад Гондваны в геологической летописи палеозоя не обнаруживается.