парначев

зависимых ряда α-распада изотопов 238U и 235U (см. табл. 1.6.1). Конечным продуктом распада 238U является стабильный изотоп свинца 206Pb, а дочерним продуктом распада 235U – также изотоп свинца, но радиоактивный – 207Pb.

Для замкнутой системы, в которой возникновение свинца есть результат только распада урана, формула (1.6.6) дает

Графическое изображение уравнения (1.6.12), приведенное на рис. 1.6.4, называется конкордией, или кривой согласованных значений возраста породы, установленных по различным процессам распада урана. Теоретически каждая точка конкордии соответствует определенному возрасту породы. Однако часто анализ содержаний изотопов урана и свинца в реальной породе приводит к несогласованным (дискордантным) значениям возраста, т.е. значениям, не лежащим на конкордии. Обычно это связано с потерями свинца из системы. В таких случаях возможные потери свинца приходится учитывать посредством того или иного моделирования этого процесса. Следовательно, U-Pb методу, как и описанному выше Rb-Sr методу, свойствен внутренний контроль.

Применение различных методов радиологического (изотопного) датирования к разнообразным и разновозрастным геологическим объектам позволило калибровать относительную шкалу геологического времени, составленную на основе палеонтологических и стратиграфических данных, и создать, таким образом, абсолютную геохронологическую шкалу, упрощенный вариант которой приведен в табл. 1.6.2.

Естественно, что наиболее весомый вклад изотопная геохронология внесла в датировку докембрийских событий – периода,

102

составляющего 88% истории Земли, когда на ней еще не существовало организмов, обнаруживаемых в виде окаменелостей и используемых палеонтологами для целей датировки. Здесь изотопная геохронология остается ведущим и единственным методом измерения геологического времени, поскольку основной принцип периодизации докембрийской истории Земли – выде-

ление фаз диастрофизма (складчатости), сопровождавшихся интенсивнейшими магматизмом и метаморфизмом, датировать которые, как было показано выше, удается изотопными методами.

Каждому рубежу докембрийской истории Земли соответствует грандиозный эволюционный скачок в геологическом развитии нашей планеты.

Самая ранняя катархейская эра не оставила следов в геологической летописи. Предполагается (см. раздел 1.1.4 и главу 6), что в это время Земля проходила первичную химическую дифференциацию и меняла внешние источники энергии геодинамических процессов на внутренние.

В архее появилась первая континентальная кора, но ее было так мало, что настоящих крупных континентов еще не существовало. Однако уже на мелких протоконтинентах возникла первая суша, и за счет этого в архее впервые началась терригенная седиментация. Разумеется, настоящего животного и растительного мира в эти отдаленные времена еще не существовало, но уже на

103

Земле зародились первые примитивные организмы, в том числе синезеленые водоросли (цианофиты), научившиеся разлагать воду и выделять кислород.

Таблица 1.6.2. Абсолютная геохронологическая шкала

(по Harland et al. A Geologic Time Scale, 1989, с упрощениями)

В начале протерозоя, после кеноранской фазы диастрофизма (2700 млн лет), континентальные массивы укрупнились, образовав протоплатформы, между которыми возникли складчатые пояса. Состав осадочных пород на Земле в то время достиг максимального разнообразия. Появились фотосинтезирующие и железобактерии. После карельской фазы диастрофизма (1900 млн лет) облик земной поверхности стал напоминать современный. К тому времени из отдельных архейско-раннепротерозойских континентальных глыб сформировалось большинство древних платформ, в том числе Восточно-Европейская. Уже в раннем протерозое на Земле появились первые организмы с обособленными ядрами в клетках – эукариоты, а в позднем протерозое, после гренвильской

104

Глава 2 ТЕКТОНИКА ПЛИТ

2.1. Становление идей мобилизма в геологии

Появлению новых идей в естественных науках предшествуют длительные периоды накопления фактических данных, большинство из которых не укладывается в рамки старых концепций о физической сущности природных явлений и процессов. Не менее длительным оказывается и процесс восприятия новых научных теорий. Это связано с тем, что революционные изменения в науке, как правило, затрагивают давно устоявшиеся и ставшие привычными представления. Новую теорию еще необходимо доказывать, а для этого требуется много времени на постановку контрольных экспериментов и всестороннее сопоставление теории с практикой. Не меньшее время уходит и на простое переучивание

ипереубеждение большинства членов существующего научного сообщества.

Первые идеи о дрейфе континентов родились в умах людей вскоре после того, как был открыт Новый Свет и составлены первые географические карты континентов по обе стороны Атлантики. На сходство береговых линий Африки, Европы и Америки обратил внимание в 1596 г. Абрахам Ортелиус (Abraham Ortelius)

ив 1620 г. Фрэнсис Бэкон (Sir Francis Bacon). Но это были скорее гениальные догадки, чем начало новой теории, поскольку в конце XVI – начале XVII века геология как наука еще не существовала.

По-видимому, первой научно обоснованной гипотезой, позволившей искать причинно-следственные связи в геологических явлениях, была контракционная гипотеза французского геолога Эли де Бомона (Elie de Beaumont) (1830-е годы). Она исходила из представлений о горячем (огненно-жидком) происхождении Земли и объясняла тектоническую активность нашей планеты ее постепенным остыванием и сжатием, за счет которых на поверхности Земли возникают горные сооружения и складчатость. Хотя контракционная гипотеза оказалась физически несостоятельной, она буквально заворожила геологов и благодаря этому господствовала почти 100 лет, вплоть до 30-х годов XX века.

Несмотря на это, уже в конце XIX века появились первые научно обоснованные мобилистские идеи, кардинально пересматривающие устоявшуюся контракционную гипотезу. Они

106

принадлежали английскому физику Освальду Фишеру (Oswald Fisher) (1889 г.), который за основу геодинамической модели развития земной коры принял закономерности движения лавовых корок, образующихся при остывании магмы в лавовых озерах кратеров вулканов на Гавайских островах. Эти корки перемещались от открытых трещин, заполняемых жидкой магмой (из которой при остывании и формировались сами корки), к местам их торошения и погружения в глубины расплавленной магмы лавового озера. Экстраполируя свои наблюдения на земную кору, Фишер заключил, что океанская кора также образуется за счет излияния базальтов из трещин в зонах ее растяжения, а поглощается в зонах сжатия, где океанское дно пододвигается под островные дуги и активные окраины континентов. Движущим механизмом, перемещающим блоки земной коры, служили, по Фишеру, конвективные течения подкорового субстрата.

Поразительно, что за 80 лет до появления современной тектоники литосферных плит была нарисована столь близкая к ней модель развития геологических процессов на Земле. Однако идеи Фишера слишком опередили свою эпоху и не были по достоинству оценены современниками. Теперь остается только гадать, насколько быстрее пошло бы развитие современной геологии, если бы идеи Фишера были восприняты научным сообществом, но этого не случилось.

Следующий крупный шаг в развитии мобилизма сделал выдающийся немецкий метеоролог Альфред Вегенер (Alfred Wegener) (1912 г.), предложивший свою знаменитую гипотезу дрейфа континентов. Он не просто предположил возможность горизонтальных перемещений континентов, но и привел целую систему обоснованных доказательств данного явления. Помимо уже упоминавшегося сходства очертаний западных и восточных береговых линий Атлантического океана, Вегенер указал на однотипность геологического строения смежных материков, окружающих этот океан, общность древней палеозойской и мезозойской фауны и флоры на разобщенных ныне материках, а также на следы почти одновременного позднепалеозойского покровного оледенения в Южной Америке, Африке, Индии и Австралии.

К сожалению, с трагической гибелью Вегенера в Гренландии в 1930 г. его смелая гипотеза была предана забвению. Этому

107

было несколько причин. Во-первых, Вегенер не был геологом, и после его смерти научное сообщество получило возможность безответной критики оппонента, к тому же не относящегося к “их цеху”. Во-вторых, науке свойствен естественный консерватизм, иногда, кстати, вполне оправданный, поскольку он защищает науку от принятия легковесных гипотез. В-третьих, наконец, Вегенер не смог правильно объяснить механизм дрейфа континентов: он предполагал, что перемещения материков происходят за счет ротационных сил, связанных с вращением Земли, и приливных взаимодействий Земли с Луной. Очень скоро (1934 г.) знаменитый английский геофизик Гарольд Джеффрис (Harold Jeffreys) показал, что предложенные Вегенером механизмы на много порядков слабее тех сил, которые могли бы сместить материки.

Почему Вегенер не воспользовался для объяснения дрейфа континентов механизмом конвекции, который за 20 лет до него предложил Фишер? У биографов есть подозрение, что Вегенер плохо владел английским языком, из-за чего просто “пропустил” труды своего английского предшественника. Если бы не это, возможно, современная геологическая теория была бы создана на 30 лет раньше. Но случилось иначе, и парадокс ситуации состоял в том, что в 30-х годах вместе с ошибочным механизмом вегенеровской гипотезы “выплеснули за борт” и его совершенно правильные доводы в пользу реальности самого факта дрейфа континентов – ведь ни один из геологических аргументов Вегенера так никогда и не был опровергнут.

Для возрождения идей мобилизма потребовалось длительное время накопления новых фактов, убедительно подтвердивших не только дрейф континентов, но и открывших новое явление – разрастание (спрединг) океанского дна. Это произошло только в конце 1950-х годов после проведения палеомагнитных исследований на континентах и широкомасштабного геолого-геофизичес- кого изучения океанского дна.

Изучение магнитных свойств горных пород показало, что последние способны “запоминать” древнее геомагнитное поле (см. раздел 1.5). Когда накопилось достаточное количество палеомагнитных определений по палеозойским породам разных континентов, то оказалось, что, если расположить все материки таким образом, чтобы их палеомагнитные полюса совпали с современными географическими полюсами, Атлантический океан

108

“закрывается”, и получается реконструкция суперконтинента Пангеи (см. раздел 5.3), модель которой построил Вегенер задолго до появления самих палеомагнитных данных.

Интенсивное исследование океанского дна, начатое еще во время Второй Мировой войны и продолженное в 1950-е годы ВМС США, привело к открытию крупнейшей системы подводных хребтов, переходящих из океана в океан и опоясывающих всю Землю непрерывной цепью длиной около 70 000 км. Оказалось, что вдоль гребней этих хребтов располагаются глубокие трещины растяжения, со дна которых всегда извлекаются только молодые базальты (см. раздел 3.3). Возраст же океанского дна в целом, судя по возрастам океанских островов и донных осадков, всегда оказывался сравнительно молодым (не более 150 – 160 млн лет).

После этих открытий гипотеза дрейфа континентов стала быстро возрождаться, но уже на совершенно новом уровне. В 1961 г. вице-адмирал ВМС США и одновременно профессор геологии Принстонского университета Гарри Хесс (Harry Hess) и американский геофизик Роберт Дитц (Robert Ditz) повторно высказали идею Фишера об образовании океанской коры в осевых зонах срединно-океанских хребтов, о молодости и растекании (спрединге) океанского дна, а также о погружении океанской коры в мантию в пределах сопряженных структур глубоководных желобов с островными дугами или активными окраинами континентов. Сам Хесс назвал свою идею спрединга “опытом геопоэзии”, но на этот раз идея была воспринята научным сообществом и стала быстро овладевать умами геологов.

В1963 г. английские геофизики, аспирант Кембриджского университета Фредерик Вайн (Frederic Vine) и его научный руко-

водитель Драммонд Мэтьюз (Drammond Matthews), выдвинули смелое предположение о том, что линейные магнитные аномалии океанов представляют собой запись инверсий геомагнитного поля на океанском дне (см. раздел 3.4). Это позволило американскому геофизику Джиму Хейрцлеру (Jim Heirtzler) из Ламонтской обсерватории в 1966 г. составить первую хронологическую шкалу магнитных инверсий и аномалий (она так и стала известной под названием Ламонтской шкалы), а в 1968 г. теоретически рассчитать возраст дна всего Мирового океана и, таким образом, подтвердить геологическую молодость его коры.

В1965 г. канадский геолог Джордж Вилсон (George Wilson) первым сформулировал предположение о том, что жесткая оболочка Земли, ее литосфера, разбита на ряд плит, оконтуренных

109

тремя типами границ – расхождения, схождения и скольжения. В том же году английский геофизик Эдвард Буллард (Edward Bullard) впервые использовал компьютеры для построения количественных реконструкций положения дрейфующих континентов в прошлые геологические эпохи.

Наконец, в 1968 г. американский геофизик Джасон Морган (Jason Morgan) и французский геофизик Ксавье Ле Пишон (Xavie Le Pichon) выделили наиболее крупные литосферные плиты Земли и рассчитали параметры их движения по поверхности земного шара. От даты публикации статьи Моргана “Rises, trenches, great faults and crustal blocks” в журнале Journal of Geophysical Researches и отсчитывает свою историю современная тектоника плит, хотя плиты в этой статье еще называются блоками. Термин “плиты” был применен впервые англичанином Дэном Маккензи (Dan McKenzie) годом позже в совместной с Морганом статье.

В 1970 г. английские геологи Джеймс Дьюи (James Dewey) и Джордж Берд (George Bird) впервые объяснили с точки зрения тектоники плит процесс образования горных поясов Земли, а японский геофизик Сэйя Уеда (Seiya Uyeda) подробно изучил механизмы погружения океанских литосферных плит в мантию под островными дугами и активными окраинами континентов (см. раздел 4.1).

Тектонике плит, очевидно, повезло больше, чем любой другой научной гипотезе, – она практически мгновенно подверглась проверке, причем с положительным результатом. Речь идет о глубоководном бурении, начатом в том же 1968 г., когда печатались первые основополагающие статьи по тектонике плит.

Любопытно, что проекту глубоководного бурения предшествовал более амбициозный американский проект MOHOLE (от англ. MOho – Мохо, граница коры и мантии, и HOLE – дыра, скважина), целью которого, как и следует из названия, было вскрытие мантии и определение характера ее границы с корой. Но по мере удорожания работ возникли сомнения в целесообразности их продолжения, так как геологи резонно полагали, что вскрытие мантии в одном лишь пункте не может в достаточной степени характеризовать ее всю, учитывая вероятную латеральную

110