Факультет

Студентам

Посетителям

Причины изменения земных тектонических структур и значение природных вод в процессе их изменения

В предыдущем изложении мы осветили очень важные проблемы: проблему движения материков и проблему циклических явлений на Земле.

Что касается движения материков, то здесь выяснились огромная роль этой идеи в истории геологической науки и очень высокая вероятность того, что эти явления, т. е. указанные движения, реально имели место, ибо некоторые события в прошлом истории Земли нельзя объяснить без допущения этого движения. Мы признали, что движения материков представляют возможную и вполне допустимую научную гипотезу. В настоящей главе мы пойдем дальше и покажем, что данная мысль есть правильная научная теория, эмпирически обоснованная, которой современная наука должна пользоваться.

В отношении циклических процессов на Земле в атмосфере, гидросфере и литосфере мы осветили соотношение циклов разной длительности, их иерархию и подчинение современных внутривековых климатических циклов вековым, последних — многовековым и еще более крупнее, далее, подчинение многовековых и тысячелетних климатических периодов геологическим циклам, а последних — космическому году. Все эти циклические движения нераздельно связаны и взятые вместе составляют единство. В их ходе единство проявляют структурные изменения литосферы и климатические изменения гидросферы и атмосферы. При взаимной связи и нераздельности этих явлений невозможно для объяснения хода их принимать разные причины. Они едины. Нельзя поэтому в объяснении изменений структур литосферы опираться лишь на действие сил только внутренних, а в объяснении изменений в гидросфере и атмосфере опираться на силы внеземные.

Причины тех и других одни и те же, и в них одинаково участвуют внеземные силы, причем одним из важных моментов является связь этих сил с вращением Земли.

В одной из предыдущих глав мы особо проанализировали вопрос о так называемых внутренних причинах развития Земли и показали, что они нереальны, звать к их обязательным поискам неправильно и предаваться иллюзиям об их существовании методологически неверно, ибо иллюзии эти могли существовать лишь тогда, когда верили в наличие у Земли внутреннего расплавленного ядра, да, в сущности, и тогда они были неосновательны.

Теперь, опираясь на данные, изложенные в последних трех главах, можно дать совершенно конкретный ответ на вопрос о причинах изменения земных тектонических структур, и в частности о причинах горообразования, и во всей широте обсудить вопрос о соотношении литосферы и природных вод.

Самым ярким явлением в изменении структур Земли является горообразование, и поэтому о нем следует сказать более подробно. Известно, что старинные термальные объяснения горообразования давно устарели и от них надо отказаться. Что же касается радиомиграционной гипотезы, которой упорно придерживается большинство геологов, то и она не дает объяснения ни одному из вопросов геотермики и геоэнергетики.

В противоположность большинству современных геологов, которые считают вопрос о вращении Земли далеким от вопросов геотектогенеза и горообразования, мы определенно полагаем, что горообразование есть прямое порождение и следствие вращения планеты и без последнего оно не имело бы места. Сущность горообразования, с нашей точки зрения, является очень простой, если учесть факты, относящиеся к географическому распределению горных систем.

Как мы уже знаем, эти факты состоят в том, что горные пояса и системы имеют правильное геометрическое расположение: часть их расположена субмеридионально (Карпинский, 1888), а часть широтно (Тилло, 1888; Воейков, 1884, 1892). Эти факты говорят о подчинении горообразования вращению планеты. Горные пояса созданы центробежными силами эллипсоида Земли, и отсюда — не беспорядочность и бессистемность, а геометричность их расположения.

Горообразование — это часть процесса переформирования планетарной фигуры Земли при изменении скорости ее вращения. Само изменение фигуры планеты при сохранении ее объема состоит в изменениях ее планетарного полярного сжатия в сторону увеличения или уменьшения. Если это учесть, то можно сказать, что изменение планетарного, т. е. полярного сжатия, именно и создает, как прямое свое следствие, горные структуры на определенных параллелях и меридианах, которые можно назвать параллелями и меридианами критическими; именно эта перестройка фигуры есть причина горообразования.

Этими словами мы формулируем совершенно новую теорию горообразования, хотя исторические корни этой теории глубоки, и она давно, так сказать, предчувствовалась. Однако строгая формулировка ее дается впервые. Для того, чтобы понять это явление переформирования фигуры Земли, которое я назвал «расплыванием» тела, я приведу выписку из старой, но не потерявшей своего значения книги замечательного нашего геолога Лукашевича, который в 1908 г. писал так:

«Если бы Земля была из твердого вещества и имела кубическую, цилиндрическую, коническую или иную угловатую форму, то эта форма была бы неустойчивой для такого огромного скопления вещества, как Земля. Взаимное тяготение частиц преодолело бы их молекулярное сцепление; в своем стремлении к центру они бы изменили первичную форму в шаровидную, причем выступы и угловатости остались бы высотой всего около 9 километров. Шаровидная форма крупных небесных тел не есть случайность — она обязана молярным силам, а не молекулярным, от которых зависит шаровидная форма капель жидкости» (Лукашевич, 1908).

Если вдуматься в ту картину, которую нарисовал Лукашевич, и разобраться, что происходит при вращении с большими массами твердого вещества, если они имеют коническую, цилиндрическую или кубическую форму, то станет ясным, что это и есть расплывание, ибо фигура превратится в шар или сфероид и потеряет черты угловатости. Таким образом, можно отметить, что примененный нами термин «расплывание» является вполне уместным и подходящим.

По этому поводу могут возразить, что если для случаев, указанных Лукашевичем, термин «расплывание» вполне подходит, то для нашего случая перестройки форм при небольшом только изменении скорости вращения планеты этот термин неуместен. Однако это возражение неосновательно. В том и в другом случаях перед нами все-таки расплывание.

Самым убедительным примером расплывания является та перестройка тела планеты, которая происходила при ее создании. Как известно, согласно принятой сейчас теории происхождения, она создалась из пылевого облака, в котором большую роль играли разных размеров метеориты, которые, постепенно слипаясь, переходили в тела более крупные — астероиды, а затем эти последние, увеличиваясь, превращались в тела планетарные. Так объяснял происхождение планет Шмидт. Против этой точки зрения много возражал астроном Фесенков, но и он в 1956 г. присоединился к этому взгляду. Теория Шмидта имеет много общего с более ранней теорией Мультона.

Согласно этим сейчас почти общепринятым представлениям в телах астероидов, для которых, как и для метеоритов, характерна угловатая форма, когда они достигают определенной величины, начинает преобладать сила тяготения, и происходит изменение этой формы в сфероидальную. Вследствие этого они расплываются и в ходе расплывания все больше принимают форму сфероидальную, т. е. близкую к шару. Этот процесс можно назвать созданием планетарности.

Первым заговорил о планетарности для Земли Клеро, который в 1743 г. написал книгу «Теория фигуры Земли, основанная на гидростатике» (русск. изд. 1947 г.). В ней он указал, что в пределах нашей планеты различия рельефа настолько невелики, что привели Клеро к выводу, что «фигура Земли должна подчиняться законам гидростатики». Она производит такое впечатление, «как если бы это была поверхность воды, застывшая после того, как она приняла форму, соответствующую условиям равновесия». Этот взгляд Клеро долгое время был общепринятым, особенно среди астрономов. Его считали согласованным не только с общими теоретическими взглядами Клеро, но и с популярной гипотезой Канта—Лапласа.

Знаменитый математик Ляпунов тоже принимал, что «небесные тела», и в том числе наша Земля, «в начале были жидкими», поэтому их фигуры «должны быть фигурами жидкой массы» (Ляпунов, 1948). Соответственно этому Ляпунов, как и Клеро, полагал, что вопросы гидростатики лежат в основе теории фигуры Земли и что фигура Земли унаследована. По мнению Ляпунова, как и Клеро, Земля приобрела свою окончательную форму «раньше отвердения» и, отвердев, больше уже не изменялась.

Эта точка зрения, воспринятая Ляпуновым от Клеро и им развитая, хотя математики и считают ее классической, является безусловно ложной и сейчас никак не может быть принята в современной науке. На деле форма Земли есть форма приобретенная и приобретенная тогда, когда Земля впервые получилась как планета из предшествующего ей угловатого астероида.

Нужно в связи с этим различать два понятия — знакомое уже нам расплывание и то расплавление, о котором думали Клеро и Ляпунов. По Клеро и Ляпунову, Земля получилась из тела расплавленного и от него унаследовала свою фигуру; с современной же точки зрения Земля создалась путем расплывания из угловатой предшествовавшей меньшей по величине формы. Напомню в связи с этим, что, как указывал еще Лукашевич, малые тела типа метеоритов и астероидов являются телами, фигура которых определяется не силами гравитации как у Земли, а силами молекулярными, создающими неровности, почему данная фигура является угловатой, а не планетарной (Loukaschevitsch, 1911а, б). Точно так же, как Лукашевич, характеризует различие между малыми и большими телами, в данном случае между планетами, с одной стороны, метеоритами и астероидами, с другой, современный исследователь Кринов.

Для Земли первое расплывание ее тела произошло таким образом тогда, когда предшествовавший Земле астероид впервые приобрел планетарную фигуру, т. е. когда Земля впервые стала планетой. Однако процесс расплывания у Земли на этом не мог совершенно прекратиться, он продолжался и периодически повторялся вместе с изменениями скорости вращения планеты. Эти последующие расплывания не были так велики, как первое расплывание при создании планеты, но все-таки оно происходило. Если первое расплывание было связано с первым образованием планеты, с созданием полярного сжатия, то последующие расплывания — изменения сжатия при неравномерном, в связи с приливами, вращении планеты.

Разложив происходившее при расплывании движение на составные элементы, можно сказать, что более или менее близкие к поверхности массы вещества планеты должны были вдоль поверхности перетекать на новые места и этим изменять своим движением фигуру тела. Если господствующих направлений этого движения было два: одно, параллельное вращению планеты, а другое, ему перпендикулярное; то в результате этих движений должны были создаться два типа горных нарушений: близкий к широтному направлению и близкий к долготному.

Стовас (1951), характеризуя современное горообразование, писал, что при изменении полярного сжатия возникают напряжения, которые создают зоны оттока или притока субстрата из экваториальной зоны в полярную и обратно.

Если каждое большое изменение полярного сжатия, именно его сокращение, вызывает новую фазу горообразования, то это значит, что предпосылку горообразования составляет расплывание тела в виде приливов и отливов подкорового субстрата по широтному и субдолготному или долготному направлениям. Это новое образование гор по месту расположения не повторяет в точности старого, а всегда несколько смещается.

Напомню, что Бертран в свое время указывал, что горы в Европе в течение ее геологической истории смещались к югу: архейские были севернее, южнее располагались каледонские, еще южнее варисцийские и, наконец, самыми южными являются горы альпийские. Бертран считал это определенной закономерностью.

Такие же или сходные закономерности имеются и для других территорий Земли. С чем они связаны? Очевидно, с перемещением территорий перед горообразованием — смещением материков. Хочу пояснить, что при доказанной сейчас ступенчатости гор и при том условии, что становление гор состоит, как теперь ясно, из вертикального поднятия, тангенциальное смещение территории только и может быть тем движением материков, меридиональным или широтным, которое смещает территории расположения гор.

При таком взгляде получается, что материки на себе несут горы. Карпинский именно так и рассматривал соотношение материков и горных поясов, и систем: материки несут на себе горы, почему величина и высота горных систем зависят от величины лежащих в их основе материков.

Мы должны, таким образом, сказать, что оттоки подкорового субстрата, входящие в состав расплывания, — это и есть то движение материков, в котором многие сомневаются, но которое совершенно достоверно. Одно движение материков, меридиональное, подготовляет создание широтных гор на критических параллелях +35 и +61°, другое, широтное, подготовляет создание гор субдолготных, связанных с определенными критическими меридианами. Обе группы нарушений возникают не очень далеко от предшествующих им нарушений, но все-таки всегда на чуть-чуть новых местах.

Маленькое пояснение по этому поводу. В 1927 г. мною была дана схема зон эпирогенетических движений, а в 1951 г. на выраженной на этой схеме зональности, почти не изменяя ее, Стовас, исходя из математических расчетов, результаты которых он прибавил к эмпирическим наблюдениям, дал свои зоны, близко совпадающие с зонами 1927 г. Ясно, что они могут быть созданы движениями меридиональными и субмеридиональными, и поэтому сами зоны являются широтными.

Полагаю, что из сказанного по отношению к горам широтного направления ясно, что создание широтных гор только и может быть следствием изменения полярного сжатия, влияние которого передается меридионально на широтные критические параллели, проявляясь в виде горообразования.

Хочу напомнить, что к данному взгляду на горообразование был близок Лейбензон, взгляды которого мы уже дважды освещали. Он, однако, не знал еще критических параллелей и поэтому считал, что следствием переформирования планеты при изменениях полярного сжатия должно быть чередование гор на полюсе и экваторе. Он не учел того, что имеются критические параллели и не предусматривал, что они должны, грубо говоря, перехватить перетекающие массы. По сути дела Лейбензон стоял на той же точке зрения, на которой стою в этой работе и я, — это связь горообразования с изменениями полярного сжатия планеты.

Приуроченность горных поясов широтного направления к 35-й и 61-й параллелям полностью доказана исследованиями Веронне (1912, 1927) и Стоваса (1951 и др.). Что же касается горных поясов, направление которых близко к меридиональному, то это те горные цепи, которые связаны с правильностью расположения материков, выдвинутой, как мы видели выше, Карпинским. Они располагаются по обе стороны полюса так, что их направление по одну сторону полюса составляет продолжение направления по его другую сторону. Однако это направление не точно меридиональное, а несколько от меридиана уклоняющееся, хотя и близкое к нему. Связывается оно с вращением Земли, очевидно, не непосредственной связью, а связью косвенной. Однако существование связи с вращением Земли, как увидим из дальнейшего, едва ли можно будет и для этого случая отрицать.

Связь субмериднональных горных хребтов с вращением Земли выражается в их антиподальном по отношению друг к другу расположении. Они располагаются парами на противоположных концах одного и того же диаметра планеты.

Насколько мне известно, первый указал на эту антиподальность расположения горных хребтов в 30-х годах Спиталер, а затем астрофизик Г. Н. Каттерфельд. Два антиподальных диаметра исчерпывают расположение субмериднональных горных хребтов северного полушария: диаметр, соединяющий Атлантический вал с Курило-Японской грядой, и диаметр, соединяющий Урал—Большой вал Русской плиты с Кордильерами. Получаются две пары субмеридиональных горных хребтов северного полушария: Атлантический вал — Курило-Японская гряда (35—145°) и Кордильеры—Урал с Большим рвом Русской плиты (130— 50°). Если сложить 35 и 145°, с одной стороны, 130 и 50°, с другой, то получится 180°, что говорит об антиподальности расположения пар горных хребтов. Это антиподальное расположение субмеридиональных горных поясов можно проверить на глобусе.

Южное полушарие, как это отмечал Карпинский, характеризуется по причинам, в полной мере нам пока неясным, некоторой диссимметрией по отношению к северному полушарию; это выражается и в форме южных материков, и в их расположении, и, наконец, в размещении горных хребтов. Это нам придется расшифровать. В южном полушарии анти подальность также имеется, но имеется не два антиподных или антиподальных направлений, а три: Атлантический вал — Меланезийская гряда (5—10°) — (170—175°), Анды— Филлиппино-Зондская гряда (60—120°) и Австралийские Кордильеры — Большой ров Африканской плиты (Большой Африканский грабен, 150—30°).

Антиподальность горных поясов можно объяснить только тем, что каждая пара горных поясов субмеридионального направления построена так, что они друг друга уравновешивают, это имеет важное значение при вращении Земли. Эту антиподальность и уравновешивание горных поясов можно понять только как следствие вращения Земли. Если бы Земля не имела самостоятельного движения или не вращалась, или, если бы вращение, как это думает Белоусов, мало отражалось на ее структурах, не понадобилось бы взаимного уравновешивания и они располагались бы на поверхности Земли без всякой закономерности, как это предполагал еще Зюсс. Раз этого нет, уже одно это говорит за то, что движение планеты в целом и ее вращение играют огромную роль в расположении структур.

Суммируя расположение на планете систем субмеридиональных горных цепей, или правильнее, горных поясов, можно сказать, что каждая из их больших систем приурочена к определенным антиподальным по расположению меридианам, которых можно назвать критическими. Последним аналогичны критические параллели, на которые указал Стовас. Горы, располагаясь здесь по параллелям, тоже до известной степени уравновешивают при вращении друг друга.

Мы приходим таким образом к выводу, что обе господствующие группы гор — горы субмеридиональные и широтные тесно связаны с силами тяготения. Одновременно они есть проявление действия центробежных сил. Оба эти положения, взятые вместе, приводят к заключению, что действующие центробежные силы, производящие расплывание Земли, являются проявлением отталкивательной составляющей тяготения, которая влияет частью непосредственно, а частью через промежуточную среду гидросферы (приливы) и атмосферы (ветры).

В оценке роли приливообразующих сил я, по-видимому, совершенно схожусь с А. В. Шнитниковым, который в большом своем труде 1957 г. написал, что «мы с большой уверенностью» можем утверждать наличие тесной взаимосвязанности между комплексом физико-географических явлений, изменчивость которой имеет ритм около 1800—1900 лет, и «изменчивостью приливообразующей силы, имеющей тот же ритм и являющейся следствием определенных взаимоотношений Земли, Солнца и Луны». Совмещение тех и других явлений во времени «представляет собой совершенно несомненный факт» (Шнитников, 1957).

Если же две главные критические параллели совпадают для гидросферы и литосферы, то такое совпадение можно констатировать между атмосферой и литосферой. К тому же, Тилло статистически показал приуроченность гор к 35-м параллелям для литосферы, а Воейков выявил активную роль широт +35° и 60—70° для ветров. При учете всех этих фактов, относящихся к гидросфере и атмосфере, неизбежно приходится считаться с тем, что, очевидно, все три оболочки — и литосфера, и гидросфера, и атмосфера должны быть во взаимодействии и при подвижности вещества в двух из них, и относительной инертности вещества в третьей, первые две должны на последнюю воздействовать. Это воздействие было мною расшифровано в двух работах 1954 и 1956 гг. Думается, что это воздействие и его важная роль для процесса горообразования теперь не вызывают сомнений.

В заключение необходимо расшифровать главное в этом воздействии оболочек друг на друга; это будет завершительным моментом и основным выводом предлагаемой книги, отвечающим на основной вопрос, который стоит в ее заглавии.

Если гидросфера и атмосфера движениями своих масс воздействуют на литосферу и создают в ней напряжения, завершающиеся созданием гор на критических параллелях и меридианах, то главную роль здесь несомненно играют природные воды и именно их приливы в океанах. Их действие несомненно должно быть несравненно больше действия ветров атмосферы, ибо последние захватывают только верхушки материков, тогда как приливы могут действовать и на недра, так как дно океана расположено глубже по сравнению с верхними поверхностями материков. Можно сказать, что воздействие приливных волн на материковые территории есть динамическое соотношение двух самых больших структур нашей планеты — ее мегаструктур; характер же этого соотношения самых важных и крупных структур определяют природные воды.

Если это учесть, то можно сделать вывод, что именно природные земные воды представляют собой в ходе воздействия на тело планеты подвижных ее оболочек важнейший фактор изменения земных тектонических структур. Именно этот фактор, если его дополнить влиянием ветров атмосферы, создает в земной коре то боковое давление, которое определяет оттоки и притоки субстрата и все расплывание фигуры, приводящее к ее переформированию, что и вызывает образование горных структур.

Как общий вывод можно констатировать, что горообразование в условиях вращения Земли есть результат воздействия океанических приливов на твердую земную кору через воздействие на тела материков. Ясно, что этот фактор должен влиять и на полярное, и экваториальное планетарное сжатие вместе с действием прецессии, являясь его причиной. Природные воды Земли дают, таким образом, ключ к пониманию и разгадке геотектогенеза, которого нельзя, как мы сказали в начале, отделить от вращения планеты.

Полагаю, что мы достаточно полно осветили вопрос о так называемых внутренних причинах изменения земного эллипсоида и выяснили, что не эти причины вызывали изменения структур земной коры. Так как Земля есть гравитационная система, не изолированная от внешних сил, то изменить ее структуру может только взаимодействие внешних и внутренних оболочек. Об этом ясно говорит совпадение критических параллелей и меридианов у литосферы с критическими меридианами и параллелями у гидросферы и атмосферы. Это совпадение не случайно, а результат определенных процессов взаимодействия между собой данных оболочек.

В предыдущем изложении мы лишь раза два упоминали имя знаменитого исследователя и ученого Гумбольдта и не излагали его идей. Произошло это вследствие того, что мы условились в самом начале нашего исторического обзора говорить лишь о тех ученых, которые видели причину изменений тектоники нашей планеты не в термине: Гумбольдт же во главу угла ставил активность внутреннего нагретого земного ядра. Нужно сказать, что, но мнению Гумбольта, активность внутреннего земного ядра в значительной мере создается внешними обстоятельствами. «Наша планета, — писал он, — имеет две оболочки: одну общую — воздушный круг, атмосферу, окружающую планету со всех сторон упругим током, и другую частную — океан, только местами распространенную, ограничивающую твердую Землю и через это обусловливающую фигуру этой последней.

Эти две планетные оболочки, воздух и океан, составляют вместе с твердым телом Земли одно целое природы, распространяющее все разнообразие климатов соразмерно относительного распределения океана и суши, расчленения и очертания твердой Земли и направления и высоты горных кряжей. Из этого познания взаимных действий море — воздух и море — земля выходит, что великие метеорологические показатели без геогностических показателей не могут быть понятны» (Гумбольдт, 1848).

В итоге получается, как это ни странно, что Гумбольдт приходил к идее взаимодействия трех оболочек, из которых верхние более подвижные передают оболочке более неподвижной воздействие гравитационного отталкивания. Это подтверждают такие слова Гумбольдта: «Слово «климат» означает прежде всего без сомнения специфические свойства воздушного круга; но это свойство зависит от непрестанного взаимодействия морской зыби, полной движений и бороздимой течениями, и суши, испускаю щей лучистую теплоту, многообразно расчлененной, поднятой и окрашенной, обнаженной или покрытой лесами и травами». Далее, он писал о двух покровах твердой земной поверхности «капельнотекучей» и «воздухообразной», под которыми лежит оболочка твердая. В результате взаимодействия трех оболочек, воздействия оболочек друг на друга и создаются те новые структуры Земли, которые являются как бы подчиненными линиям критических параллелей и критических меридианов. Ясно, что в их создании определяющую роль не может не играть воздействие природных вод на литосферу.

Взаимодействие морской зыби, полной движений и бороздимой течениями, и суши, испускающей лучистую теплоту, о чем говорил Гумбольдт, — это и есть соотношение природных вод и литосферы. Те процессы, которые показал Гумбольдт, мы признаем и вместе с ним можем сказать, что природные воды являются важнейшим фактором изменения структур нашей планеты.