Часть 2 Эндогенный морфогенез Глава 3. Общие планетарные черты рельефа Земли

Как отмечалось, самые крупные планетарные формы рельефа, обуславливающие образования различных типов земной коры, обязаны своим происхождением эндогенным процессам Земли. В зависимости от взаимодействия, направленности и результатов взаимодействия эндо- и экзогенных процессов все многообразие форм рельефа поверхности планеты в структурно-геоморфологическом отношении можно объединить в:

- геотектуры (тектонические структуры);

- морфоструктуры;

- морфоскульптуры.

Геотектуры – (от греч. geo – Земля и лат. tektura –покрытие), – крупнейшие планетарные структуры поверхности Земли, созданные внутренними процессами, охватывающими всю планету и обусловленные действием факторов еще недостаточно выясненных, вероятно, в значительной степени — космическими.

В геологии под геотектурой понимается обособленный участок выраженный не только в земной коре, но и надастеносферной мантии (тектоносфере), отличающийся от сопряженных участков тектоническим режимом (определенным типом проявления тектонических движений), магматизмом, метаморфизмом, геофизическими полями, рельефом и спецификой осадконакопления т.е. тектоническим и эндогенным режимом в период формирования данной структуры.

Геотектуры весьма разнообразны по своему масштабу, магматизму, тектоническому режиму развития и глубине проникновения в недра Земли на основе этих признаков производится их классификация (табл. 2).

В особую «надпорядковую» группу выделены геотектуры высшего ранга, обусловленные планетарными геофизическими процессами и отражающие важнейшие пространственные различия в строении

Таблица 2

Основные геотектуры Земной поверхности (схема Иванова Д.Л.)

Материки		Океанические впадины
I. Древние платформы: 1. Щиты; 2. Плиты антеклизы синеклизы; - впадины; - прогибы; - седловины и др. 3. Эпиплатформенные орогены 4. Краевые прогибы 5. Континентальные рифты (авлакогены)	II. Геосинлинальные пояса: 1. Складчатые области (горы=орогены); антиклинории; синклинории 2. Срединные массивы 3. Молодые платформы антеклизы; синеклизы; - впадины; - прогибы; - седловины и др. 3. Эпиплатформенные орогены 4. Краевые прогибы	I. Подводные окраины материков: 1. Шельф; 2. Материковый склон; 3. Материковое подножие; II. Переходные зоны: 1. Впадины окраинных морей; 2. Островные дуги; 3. Глубоководные желоба III. Ложе океана: 1. Абиссальные равнины: глубоководные котловины; подводные поднятия IY. Срединно-океаничес-кие хребты 1. Рифтовая долина; 2. Фланговая зона.

земной коры, особенностях и направленности тектонических процессов и их проявлении в рельефе земной поверхности – 1) материки и 2) океанические впадины. Хотя границу между ними условно проводят по линии взаимодействия воды и суши (т.е. береговой линии), но океанический шельф, как будет рассмотрено ниже – представлен корой континентального типа, следовательно, в морфоструктурном отношении граница должна быть проведена по подошве материкового склона (рис. 3.).

В пределах материков и океанов выделяют отличные друг от друга геотектуры «более мелкого» ранга – геотектуры первого, второго, третьего порядка (см. табл. 2).

- Морфоструктуры - (от греч. morphe – Земля и лат. structura –строение), можно рассматривать как отражение в рельефе геологической структуры. Ее формирование результат совместного действия эндо- и экзогенных процессов при ведущей роли первых. Элементы морфоструктуры осложняют поверхность геотектур. В зависимости от направленности и интенсивности тектонических процессов, их сочетания с экзогенными процессами выделяют специфические типы морфоструктур для платформ и горных стран.

Рис. 3. Типы планетарных морфоструктур (по О.К. Леонтьеву).

1 – материковые платформы; 2 – ложе океана; 3 – переходные области; 4 – срединно-океанические хребты; 5 – зоны распространения рифтогенеза на материковых платформах

Морфоскульптура - создается экзогенными процессами. Она как бы накладывается на морфоструктуру. Морфоскульптура обычно отражает генезис рельефа современной поверхности. Элементы морфоскульптуры по размерам обычно уступают морфоструктурным, но в отдельных случаях они могут иметь весьма значительные размеры, например области ледниковой аккумуляции на равнине. Абсолютный (геологический) возраст морфоструктуры, как правило, неогеновый, палеогеновый, мезозойский, тогда как морфоскульптура обычно антропогенового возраста, т. е. абсолютно она моложе. Но, кроме абсолютного (геологического), есть возраст относительный (морфологический), характеризующий стадию развития рельефа, степень его сохранности.

Поскольку на формирование рельефа поверхности одновременно оказывают влияние целый ряд экзогенных процессов – поэтому морфоскульптура чаще всего имеет полигенное происхождение. Вместе с тем, для каждой природной зоны, характерен определенный набор ведущих экзогенных процессов и, следовательно, свой зональный тип морфоскульптуры. В зависимости от генезиса (главного фактора рельефообразования) основными типами морфоскульптуры являются: ледниковая (гляциальная), криогенная, флювиальная, карстовая, эоловая и др.

Закономерности размещения планетарных геотектур. В планетарном рельефе Земли в расположении основных элементов геотектуры – материков и океанов – можно выделить ряд закономерностей.

Суммарная площадь материков в 2,43 раза меньше площади Мирового океана и примерно во столько же раз удельный вес слагающих их горных пород больше удельного веса океанских вод.

Суша, как правило, имеет антиподом океан, исключение составляет южная часть Южной Америки. Сказанное находит косвенное подтверждение в глобальной антисимметрии размещения типов земной коры – континентальному полушарию противостоит океаническое, материку Антарктида – океаническая впадина Северного Ледовитого океана (рис. 4). Закономерность эта Г. Н. Каттерфельдом (1962) именуется антиподальностью океанов и материков. Поразительно антиподальное совмещение полярных

Рис. 4. Совмещение Северного Ледовитого океана и Антарктиды (по В. Н. Шолпо)

районов Земли. Антарктида с большой точностью накладывается на Северный Ледовитый океан, одного порядка максимальная высота первой (5140 м) и наибольшая глубина второго (5527 м).

В расположении и конфигурации материков характерна их парность (исключая Антарктиду), выклинивание к югу (к экватору – для северных и к 62° ю. ш. – для южных), изгиб всех материков к востоку и сдвиг в ту же сторону в каждой паре южного материка по отношению к северному.

Антисимметрия мегарельефа материков и океанов впервые установлена в 1935 г. А. А. Григорьевым. Он пришел к заключению о контрасте, противостоянии общего плана, морфологии материковой и океанической литосферы: в то время как материковые массивы характеризуются наличием срединного пояса низин и впадин, обрамленного боковыми поясами поднятий, в океанической литосфере в ее средней части (по длинной оси) наблюдается пояс поднятий, окаймленный справа и слева поясами значительно больших глубин. Общепринятого объяснения этой закономерности пока не дано. Скорее всего, она результат наложения неоднородности земной коры и мантии на глобальный ротационный эффект.

Названные особенности не являются случайными, их объяснение требует серьезного изучения истории формирования земной коры, возникновения двух ее типов: континентального и океанического.

Происхождение материков и океанических впадин. Геологическая наука никогда, даже на самом раннем этапе своего развития, не рассматривала материки как неподвижную «твердь земную». Однако длительное время господствовали представления о ведущей роли в жизни Земли вертикальных движений, горизонтальные признавались незначительными и производными от вертикальных. Это направление в геотектонике получило название фиксизма (от лат. fixus – неподвижный).

Идеи фиксизма были поколеблены публикациями американского геолога Ф. Тейлора в 1910 г. и немецкого геофизика А. Вегенера в 1912 г. о значительных горизонтальных перемещениях – дрейфе материков. Эти работы положили начало другому важнейшему направлению в геотектонике – мобилизму (от лат. mobilis – подвижный). Гипотеза дрейфа материков стала очень популярной после выхода в свет в 1920 г. книги А. Вегенера «Возникновение материков и океанов». Она давала удовлетворительное объяснение таким фактам, как совместимость очертаний Южной Америки и Африки; сходство геологического строения Южной Америки, Африки, Индостана, Австралии; наличие некоторых общих черт в составе ископаемой и современной флоры и фауны разных материков. Но эта гипотеза не раскрывала самого механизма крупных горизонтальных перемещений материков, поэтому вскоре подверглась серьезной критике. В 60-х годах идеи мобилизма получили дальнейшее развитие в гипотезе новой глобальной тектоники, или тектоники плит, высказанной группой американских геологов (Г. Хесс, Р. Диц, К. Ле Пишон, Б. Айзеке и др.). Появление ее стало возможным после открытия планетарной системы срединно-океанических хребтов.

Традиционное представление о происхождении материков и океанов в последние годы дополнилось теорией тектоники литосферных плит и механизма конвекционных течений подкорового вещества. Схематически она представляется в следующем виде.

Вследствие продолжающейся термогравитационной дифференциации магмы тяжелые фракции наращивают металлизированное ядро, а наиболее легкие поднимаются к поверхности^ со скоростью 15-18 см/год. Через 16–18 млн. лет восходящий поток мантийного вещества достигает подошвы литосферы. Растекаясь под ней, мантийный поток за счет сил вязкого трения создает растягивающие усилия в литосфере, которые приводят к разрыву ее сплошности и раздвижению образовавшихся фрагментов в стороны (дивергентные границы) (рис. 5).

Рис. 5. Схема взаимоотношения литосферных плит

(по М. В. Муратову, В. М. Цейслеру)

1 – водная оболочка, 2–5 – литосфера (2–4 – земная кора: 2 – осадочный слой, 3 – гранитометаморфический слой, 4 – базальтовый слой). 5–6 – верхняя мантия (5 – надастеносферный слой, 6 – астеносфера), 7 – границы раздела слоев, 8 – разломы, 9 – вулканы, 10 – направления перемещений литосферных плит

В месте подхода восходящих мантийных потоков (плюмов) к подошве литосферы образуются рифтовые зоны океанов (срединно-океанические хребты). Вследствие восходящих потоков мантийного вещества земная кора разрывается, раздвигает плиты в стороны со скоростью 2 – 6 см/год. Часть аномально легкой магмы «течет» под океанической литосферой в сторону континентов и тоже содействует дрейфу плит, обновлению океанической коры и наращиванию континентальной коры. Здесь вещество мантии перерабатывается в базальтовую кору. При этом океанское дно как бы расползается от оси наращивания. Процесс этот получил название спрединга. В масштабе геологического времени он выглядит непрерывным, хотя на самом деле проявляется в виде пульсаций с интервалом в десятки, сотни или первые тысячи лет.

Со временем горячее и разуплотненное вещество, поднявшееся из низов мантии, остывает, уплотняется и начинает «тонуть». Возникает нисходящий ток мантийного вещества, который совместно с восходящим образует конвективную ячейку. Там, где встречаются две нисходящие ветви конвективного потока, литосферные плиты сближаются (конвергентные границы).

Края океанических плит (плотность 2,75—3 г/см³), наталкиваясь на более «плавучие» (плотность около 2,5 г/см ³), но более мощные континентальные плиты, заглубляются в сейсмических зонах Заварицкого— Беньофа под них под углом около 45° (субдукция). Нередко процесс сопровождается складкообразованием по краям континентальных плит. Процессу погружения океанской литосферной плиты способствует образование на ее заглубляющемся конце под влиянием метаморфизма на глубине 40—60 км эклогита — плотной разновидности базальта. Возникает «тянущая сила погружающегося блока», которая усиливает процесс субдукции.

При встрече двух континентальных плит происходит их лобовое столкновение (коллизия). Если зоне спрединга соответствуют рифтовые долины Мирового океана, то зоне субдукции отвечают системы островная дуга — глубоководный желоб или активная окраина континента — глубоководный желоб.

Опускание океанической (а в переходной зоне частично и континентальной) коры и подстилающей нижней литосферы в менее вязкую астеносферу с ее более высокой температурой и давлением, что приводит к активному развитию вулканизма и землетрясений. При этом если в рифтовых зонах извергаются преимущественно базальты, то в зонах погружений вулканы выбрасывают главным образом кремнистые продукты: андезиты, дациты и риолиты образующие кислые лавы, которые наращивают континентальную кору. Важно отметить, что атмосфера и гидросфера также являются продуктами дегазации и дегидратации магмы в процессе развития Земли (рис. 6).

Рис. 6. Модель зоны контакта двух сталкивающихся плит (субдукция)

Благодаря процессам спрединга и субдукции, вся литосфера оказалась разбитой на небольшое число плит, крупнейшие из которых Евразийская, Индо-Австралийская, Тихоокеанская, Африканская, Американская, Антарктическая. Сами плиты, будучи жесткими, тектонически спокойны, испытывают смещения, очень сложные и по скорости и по знаку направленности, поэтому на границах их, где плиты сталкиваются между собой, возникают мощные тектонические напряжения, находящие выход в высокой сейсмичности и активной вулканической деятельности. В связи с этим границы плит определяются не границами материков и океанов, а поясами сейсмичности, сами же плиты состоят как из материковой, так и океанической коры. Вместе с тем выделяют и чисто океанические плиты, состоящие из океанической коры: — Тихоокеанская и плита Наска и др. Наряду с крупными плитами обосабливаются более мелкие (микроплиты), отвечающие отдельным глубоководным океаническим бассейнам (плита Кокос и др.), окраинным морям, или частям раздробленных континентальных блоков (рис. 7).

Рис. 7. Типы границ и схема расположения основных литосферных плит

1—3 — границы плит: 1 — оси спрединга (наращивания коры); 2 —зоны субдукции (поглощения коры); 3 —скольжения (трансформные разломы); 4 — условные границы. Малые плиты и микроплиты: 1— Аравийская, 2 — Филиппинская, 3 — Кокосовая, 4 — Карибская, б — Наска, 6 — Южно-Сандвичева, 7 — Индокитайская, 8 — Эгейская, 9 — Анатолийская, 10 —Хуандефука, 11 —Ривера, 12 — Китайская, 13 —Охотская

Таким образом, основные положения новой глобальной тектоники могут быть сведены к следующему:

1. Литосфера Земли, включающая кору и самую верхнюю часть мантии, подстилается более пластичной, менее вязкой оболочкой – астеносферой.

2. Литосфера разделена на ограниченное число крупных, несколько тысяч километров в поперечнике, и среднего размера (около 1000 км) относительно жестких и монолитных плит.

3. Литосферные плиты перемещаются друг относительно друга в горизонтальном направлении; характер этих перемещений может быть трояким: а) раздвиг (спрединг) с заполнением образующегося зияния новой корой океанического типа; б) поддвиг (субдукция) океанской плиты под континентальную или океаническую же с возникновением над зоной субдукции вулканической дуги или окраинно-континентального вулкано-плутонического пояса; в) скольжение одной плиты относительно другой по вертикальной плоскости т. н. трансформных разломов, поперечных к осям срединных хребтов.

4. Перемещение литосферных плит по поверхности астеносферы подчиняется теореме Эйлера, гласящей, что перемещение сопряженных точек на сфере происходит вдоль окружностей, проведенных относительно оси, проходящей через центр Земли; места выхода оси на поверхность получили название полюсов вращения, или раскрытия.

5. В масштабе планеты в целом спрединг автоматически компенсируется субдукцией, т. е. сколько за данный промежуток времени рождается новой океанической коры, столько же более древней океанической коры поглощается в зонах субдукции, благодаря чему объем Земли остается неизменным.

6. Перемещение литосферных плит происходит под действием конвективных течений в мантии, включая астеносферу. Под осями раздвига срединных хребтов образуются восходящие течения; они превращаются в горизонтальные на периферии хребтов и в нисходящие в зонах субдукции на окраинах океанов. Сама конвекция имеет своей причиной накопление тепла в недрах Земли вследствие его выделения при распаде естественно-радиоактивных элементов и изотопов.

Новые геологические материалы о наличии вертикальных токов (струй) расплавленного вещества, поднимающихся от границ самого ядра и мантии к земной поверхности, легли в основу построения новой, т. н. «плюмовой» тектоники, или гипотезы плюмов. Она опирается на представления о внутренней (эндогенной) энергии, сосредоточенной в нижних горизонтах мантии и во внешнем жидком ядре планеты, запасы которой практически неисчерпаемы. Высокоэнергетические струи (плюмы) пронизывают мантию и устремляются в виде потоков в земную кору, определяя тем самым все особенности тектоно-магматической деятельности. Некоторые приверженцы плюмовой гипотезы склонны даже считать, что именно этот энергообмен лежит в основе всех физико-химических преобразований и геологических процессов в теле планеты.

Вместе с тем у гипотезы тектоники плит есть слабые места. По мнению Е. М. Рудич, материалы глубоководного бурения в Атлантическом и Индийском океанах исключают возможность в последние 160 млн. лет крупных горизонтальных перемещений континентов и формирование в океанах новой литосферы, смещения ее от рифтовых зон и последующего опускания под краевые зоны материков.

Еще сравнительно недавно строение литосферы и земной коры не вызывало сомнений. Считалось, что литосфера залегает на астеносфере — пластичном слое, который охватывает весь земной шар. Однако последние исследования, в том числе и результаты глубокого бурения, показывают, что слой астеносферы не является сплошным. Ученые склоняются к мысли о том, что крупнейшие структуры Земли — молодые складчатые пояса, срединные океанические хребты и древние платформы — своими корнями как бы уходят в большие глубины. Если же признать дискретность слоя астеносферы, то следует отвергнуть и представления о конвективных ячейках и о структуре перемещения блоков земной коры, которые отражены в классических моделях тектоники плит. П. Н. Кропоткин, например, считает, что правильнее говорить о вынужденной конвекции, которая связана с перемещением вещества в мантии Земли под действием попеременного увеличения и уменьшения объема земли.

Довольно трудно, если не невозможно, применить гипотезу тектоники плит к континентам, сложенным очень древними породами, с неоднократными проявлениями геосинклинальных процессов развития, то едва ли есть основания говорить, что «тектоника плит является первой в истории геотектоники теорией, а не гипотезой» (В. Е. Хаин, А. Е. Михайлов). Скорее правы в оценке гипотезы тектоники плит авторы, считающие, что «изложенная концепция пока не может претендовать на роль универсальной геотектонической теории, поскольку не в состоянии объяснить многие важные вопросы развития земной коры» (В. В. Ершов, А. А. Новиков. Г. П. Попова, 1986).