Дрейфующие континенты, плиты, террейны
АрхивМного лет назад отец-геолог подвел своего маленького сына к карте мира и спросил: что будет, если береговую линию Америки придвинуть к побережью Европы и Африки?
Много лет назад отец-геолог подвел своего маленького сына к карте мира и спросил: что будет, если береговую линию Америки придвинуть к побережью Европы и Африки? Мальчик не поленился и, вырезав соответствующие части из физико-географического атласа (чисто интуитивно не по береговой линии, а по границе шельфа), с удивлением обнаружил, что западное побережье Атлантики совпало с восточным в пределах, так сказать, ошибки эксперимента. Эта история не прошла для мальчика бесследно, он стал геологом и поклонником Альфреда Вегенера, отставного офицера германской армии, а также метеоролога, полярника, и геолога, который в 1915 году создал концепцию дрейфа континентов, положившую начало современной геодинамике.
Идеи Вегенера не оставили равнодушным геологический мир - он разделился на ее активных сторонников и жестоких критиков. Постепенно вторые возобладали, чему немало способствовала и гибель автора во время очередной полярной экспедиции. Однако сама концепция забыта не была. Возрождению своему она обязана развитию геологии океанов: открытию Срединно-Атлантического рифта и мировой системы срединно-океанических хребтов, гигантских сдвигоподобных разломов, позже названных трансформными, и полосовых магнитных аномалий в глубоководной части океанов, а главное - четкому понимание коренного отличия строения земной коры океанов от коры континентальных областей. Свою лепту в возрождение концепции дрейфа внесли и высокие технологии: именно компьютерное моделирование в середине 1960-х годов показало хорошее совпадение границ континентальных масс не только для Циркум-Атлантики, но и для ряда остальных материков - Восточной Африки и Индостана, Австралии и Антарктиды. В результате в конце 60-х появилась концепция тектоники плит, или новой глобальной тектоники. Предложенная сначала чисто умозрительно для решения частной задачи - распределения землетрясений различной глубинности на поверхности Земли, - она сомкнулась с представлениями о дрейфе континентов и мгновенно получила всеобщее признание. К 1980 году - столетию со дня рождения Альфреда Вегенера - стало принято говорить о формировании новой парадигмы в геологии. И даже - о научной революции, сопоставляемой с революцией в физике начала XX века…
В основе глобальной тектоники лежит представление о литосферных плитах, фрагментах земной поверхности, рассматриваемых как абсолютно жесткие тела, перемещающиеся словно по воздушной подушке по слою разуплотненной мантии - астеносфере, со скоростью от 1-2 до 10-12 см в год. В большинстве своем они включают как континентальные массы с корой, условно называемой «гранитной», так и участки с корой океанической, условно называемой «базальтовой» и образованной породами с низким содержанием кремнезема.
Движущей силой перемещения литосферных плит являются конвективные потоки в глубоких зонах мантии, восходящие ветви которых выражены на поверхности Земли мировой системой срединно-океанических хребтов - глобальными зонами растяжения, где в результате спрединга (то есть раздвижения существующей коры) формируется новая океаническая кора. Хребты эти образуют границы плит, именуемые дивергентными. Они фиксируются цепочками мелкофокусных землетрясений (с очагами до первых десятков километров). Нисходящие ветви конвективных ячеек - зоны субдукции, где океанические плиты погружаются под континентальные массы на приличные глубины, до 600-700 км. Что и фиксируется очагами глубокофокусных землетрясений и глубоководными желобами (например, известным Марианским желобом), вулканическими дугами (Курило-Камчатской, Алеутской, Японской и др.). Эти образования показывают конвергентные границы литосферных плит. Первоначально, исходя из распределения сейсмичности, было выделено несколько литосферных плит: Евразийская, Африканская, Северо- и Южноамериканская, Австралийская, Антарктическая, Тихоокеанская. Все они, кроме Тихоокеанской, чисто океанической, включают в себя части как с континентальной, так и океанической корой. И дрейф континентов в рамках этой концепции - не более чем их пассивное перемещение вместе с литосферными плитами.
Эти положения в 70-х годах стали не только почти общепризнанными среди геологов и геофизиков, но и нашли отражение в беллетристике - вспомним роман Сакё Комацу «Гибель дракона» и снятый по его мотивам яркий, хотя и безграмотный, в отличие от литературного источника, фильм.
В начале тектоника литосферных плит и классическая региональная геология существовали как бы в разных измерениях. Мостом между ними послужила концепция тектоностратиграфических террейнов - коровых, то есть сорванных со своего литосферного основания, блоков, испытавших горизонтальные смещения и включенных в геологические структуры, совершенно отличные от тех, в которых они были образованы. Было установлено, что горные пояса запада Америки, северо-востока России и многих других регионов представляют собой амальгаму таких террейнов.
Оставался только нерешенным вопрос о масштабах их перемещения. И здесь ученым помогло изучение офиолитов - пород земной коры, образованных магмой и различными глубоководными отложениями. Сомнений в их океаническом происхождении почти не было. Как, впрочем, и в перемещении из более низких широт к месту нынешнего залегания - об этом свидетельствовали следы тепловодной фауны в осадочных породах офиолитов, тогда как фауна окружающих формаций имела холодноводный (так называемый бореальный) характер.
Правда, вызывало недоумение, что офиолиты, которым подобен состав океанической коры, почти не имели точных аналогов в сегодняшних океанах. Для объяснения этого факта высказывались мнения и об их формировании в окраинных зонах океанов, и об отличии древних океанических образований от современных. Однако существует и иное объяснение, к которому приложил руку и тот самый ставший геологом мальчик (см. врезку). Результаты ряда исследований позволили утверждать, что по крайней мере часть офиолитовых террейнов северо-востока России образовалась не просто вдали от своего нынешнего местонахождения, а, так сказать, очень вдали - возможно, в юго-западной части Тихого океана. Достаточно взглянуть на карту мира (см. рис. во врезке), чтобы оценить масштабы их перемещения, произошедшего за геологически не очень долгое время - не более 60-70 млн. лет. Положа руку на сердце, не могу утверждать, что изложенные взгляды стали общепринятыми. Однако за прошедшее с первых публикаций (1992-94 гг.) время они не были и опровергнуты. Более того, иного объяснения особенностей офиолитов северо-востока страны так и не было предложено.
Впрочем, если «истина где-то рядом», то эту гипотезу вполне можно рассматривать лишь как иллюстрацию того, что все нынешние геологические представления развиваются в русле мобилизма, начало которому положил Вегенер - полевик-наблюдатель, экспериментатор и интерпретатор-аналитик…
[i41236]
Два важных события способствовали становлению гипотезы перемещения террейнов. Первое случилось на просторах Южной Атлантики, где два француза, Дюпре и Аллегре, изучали современный базальтовый вулканизм океанических островов. Оказалось, что многие базальтовые серии этих островов образованы за счет плавления весьма специфической по составу мантии. Дальнейшие работы показали, что зона излияний базальтов аномального состава тянется по крайней мере через половину южного полушария между 20-й и 40-й параллелью (см. рисунок). Существование здесь мантийной аномалии очень глубокого залегания было подтверждено сейсмической томографией и данными трехмерного моделирования земной поверхности. Она получила название аномалии DUPAL (от фамилий DUPre и ALlegre).
Резонно было предположить, что необычные особенности базальтов из офиолитовых фрагментов северо-востока России объясняются их выплавлением из вещества, подобного мантии DUPAL, - хотя бы потому, что все прочие объяснения, в силу ряда причин, удовлетворительными не были. Однако доказать или проверить это не представлялось возможным. Выделение базальтовых серий, связанных с аномалией DUPAL, основывалось в первую очередь на данных геохимии стабильных изотопов. Изотопные же исследования требуют дорогостоящей аппаратуры и в силу этого мало доступны у нас. Во всяком случае, ни о какой массовой аналитике речи идти не могло. Но геохимия изотопов в известной мере коррелирует с классической, элементной геохимией. Оставалось только установить эту корреляцию.
И тут произошло второе из упомянутых событий - появление (разумеется, в России, не в мире) первых персоналок.Это были произведения широко известной тогда фирмы Amstrad - о процессоре Intel 8086 с тактовой частотой аж 8 МГц, о 640K ОЗУ, с огромными винчестерами (30 Мбайт) и прочей крутизной, работающей, разумеется, под MS-DOS версии 3.3. Вот на них-то и началось масштабное сравнение геохимии базальтов из зоны DUPAL с базальтами офиолитов Северо-востока (благо данных традиционной геохимии за десять лет накопилось вдоволь). Делалось это посредством полузабытого ныне табличного процессора QuattroPro.
Сначала были установлены геохимические индикаторы (отношения элементов с противоположным поведением при процессах плавления) в базальтах, для которых было доказано происхождение из аномальной DUPAL-мантии. Затем та же методика применялась для базальтов Северо-востока. В результате чего последние по межэлементным отношениям статистически значимо распались на две серии - с DUPAL-характеристиками и без оных. Причем их положение было геологически различно: первые ассоциировались с тепловодной фауной и не были связаны с геологическими структурами Северо-востока, вторые такой ассоциации не имели, зато обнаруживали связь со структурами зоны перехода от Северной Пацифики к Евразии, что и дало основание предположить их «заморское» происхождение.
