/
Author: Хаин В.Е.
Tags: физиография геологические науки геология естествознание науки о земле
ISBN: 5-89176-218-8
Year: 2003
Text
В.Е. Хайн
ОСНОВНЫЕ
ПРОБЛЕМЫ
СОВРЕМЕННОЙ
ГЕОЛОГИИ
российская академия наук
ОТДЕЛЕНИЕ НАУК О ЗЕМЛЕ
Институт литосферы окраинных и внутренних морей
В.Е. ХАИН
ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ
СОВРЕМЕННОЙ ГЕОЛОГИИ
Издание второе, дополненное
МОСКВА
НАУЧНЫЙ МИР
2003
УДК 550.1
ББК 26.3
Х12
Рецензенты:
Н.А. Богданов, Н.В. Короновскии
Хайн В.Е.
Х12 ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОЙ ГЕОЛОГИИ. - М:
Научный мир, 2003. - 348 с.
ISBN 5-89176-218-8
В книге рассмотрены основные вопросы теоретической геологии, пока
окончательно не решенные. Это происхождение и становление планеты Зем-
ля, природа первичной коры, происхождение континентальной коры и жиз-
ни на Земле, причины великих вымираний, внутренние и внешние источ-
ники энергии геологических процессов, взаимосвязь глубинных и поверх-
ностных процессов, общая направленность эволюции Земли, механизмы
движений и деформаций земной коры и литосферы, характер геологиче-
ских процессов, роль космических факторов в этих процессах.
Для широкого круга читателей, интересующихся общими проблемами
естествознания, и специалистов-геологов.
Публикуется при финансовой поддержке Российского фонда
фундаментальных исследований (проект 03-05-78053)
Khain V.E.
MAIN PROBLEMS OF MODERN GEOLOGY. - Moscow, Scientific
World, 2003.-348 p.
In the book main yet unsolved problems of theoretical geology are considered,
beginning by the origin of our Earth, continuing by the appearance of its first
crust, formation of the continents, origin of life on the Earth, great extinctions
and renovations of the organic world, advent of plate tectonics, causes of the
great ice ages, character of the course of geological processes, existence of a
general trend in the evolution of geological processes on Earth, origin of the
regmatic net and ring structures and ending by mechanism of endogenic
processes, possible cosmic influence, expansion or contraction of the Earth.
A conclusion about the uniqueness of the planet Earth is deduced and features
of this uniqueness are noted.
ISBN 5-89176-218-8
© Хайн B.E., 2003
© Российская академия наук, 2003
© Научный мир, 2003
ОГЛАВЛЕНИЕ
От автора ................................................ 7
Глава 1. Рождение планеты Земля ......................... 10
Глава 2. Первая кора Земли. Возможные состав и способ
образования ........................................... 27
Глава 3. Серые гнейсы и зарождение континентов .......... 33
Глава 4. Происхождение жизни на Земле ................... 43
Глава 5. Становление первой Пангеи и происхождение
Панталассы, причины диссимметрии Земли .................. 54
Глава 6. Тектоника плит: когда и как она началась? ...... 66
Глава 7. Происхождение гранитов ......................... 79
Глава 8. Происхождение и возраст Мирового океана ....... 100
Глава 9. Великие оледенения: их число и причины ........ 116
Глава 10. Расцвет органической жизни на рубеже докембрия
и фанерозоя: возможные причины ......................... 137
Глава 11. Великие вымирания и великие обновления
органического мира: земные или космические
причины? ............................................... 149
Глава 12. Непрерывность, постепенность (градуализм)
или прерывистость, скачкообразность (пунктуализм)
в развитии геологических процессов и
органического мира ..................................... 176
Глава 13. Направленность и цикличность в эволюции Земли . 194
Глава 14. Фрактальность земной коры и литосферы.
Линеаменты и глобальная регматическая сеть.
Существует ли упорядоченность в структурном плане
Земли? ......................................... 219
4 Оглавление
Глава 15. Загадки кольцевых структур .................... 242
Глава 16. Проблемы рифтогенеза .......................... 260
Глава 17. Источники энергии глубинных геологических
процессов ............................................... 270
Глава 18. Как работает машина Земля? .................... 278
Глава 19. Расширяется или сжимается наша планета? ....... 311
Гкава 20. Земля и космос: влияние космических процессов
на развитие Земли ....................................... 321
Гюва 21. Земля - уникальная планета ..................... 332
Глава 22. Ноогеология - геология будущего .............. 337
CONTENTS
Preface .............................................................. 7
Chapter 1. Birth of the planet Earth ................................ 10
Chapter 2. The first crust of the Earth: probable composition
and mode of origin ................................................ 27
Chapters. Grey gneisses and the emeigence of continents ............. 33
Chapter 4. Origin oflife on the Earth .............................. 43
Chapter 5. Make-up of the first Pangaea and origin of Panthalassa;
Causes of the Earth dissimmetry ......................... 54
Chapter 6. Plate tectonics - When and how it began? ................ 66
Chapter 7. Origin of granites ...................................... 79
Chapters. Origin and age of the World Ocean ........................ 100
Chapter 9. Great ice ages, their number and causes ................ 116
Chapter 10. Burst of organic life at the Precambrian-Phanerozoic
boundary: what was its cause? .................................... 137
Chapter 11. Great extinctions and great renovations of the organic
world: terrestrial or extraterrestrial causes .................... 149
Chapter 12. Gradualism and punctualism in the evolution
of geological processes and organic world ........................ 176
Chapter 13. Trends and cyclicity in Earth evolution ............... 194
Chapter 14. Practality of the Earth’s crust and lithosphere.
Lineaments and global rhegmatic net. Does a certain
regularity in the structural plan of the Earth exist? .. 219
Chapter 15. Enigmatic ring structures ............................. 242
Chapter 16. Problems of riftogenesis .............................. 260
6 Contents
Chapter 17. Sources of energy of the deep geological processes . 270
Chapter 18. How works the Earth engine? ........................ 278
Chapter 19. Does the Earth expand or contract? ................. 311
Chapter 20. The Earth and the Cosmos: influence
of the cosmic processes on Earth evolution ................... 321
Chapter 21. Earth as a unique planet ........................... 332
Chapter 22. Noogeology- geology of the future .................. 337
...С уверенностью я утверждаю лишь одно: на свете
есть очень мало такого, что можно утверждать с
уверенностью.
С, Моэм. Подводя итоги // Избр. произв.: В 2 т.
М.: Радуга, 1985. Т. 1. С. 384.
ОТ АВТОРА
(к первому изданию)
Подходит к своему концу век двадцатый, а вместе с ним заканчива-
ется и научная деятельность автора этих строк. На протяжении 60 лет
мне пришлось быть свидетелем и посильным участником прогресса гео-
логической науки, испытавшего огромное ускорение в 60-е годы с появ-
лением тектоники плит - первой научной теории развития земной коры
и всей литосферы. Однако сейчас достаточно очевидно, что, несмотря
на выдающиеся и бесспорные достижения, далеко не все проблемы, сто-
ящие перед теоретической геологией, могут считаться решенными, во
всяком случае в достаточно убедительной форме. Поэтому в данной книге,
являющейся как бы своеобразным постскриптумом ко всем моим пре-
дыдущим сочинениям, я поставил своей целью наметить те важнейшие,
на мой взгляд, проблемы, которые остаются нерешенными и, очевидно,
достанутся в этом качестве веку грядущему. Разумеется, сам выбор имен-
но этих проблем в определенной мере субъективен, хотя один из крите-
риев этого отбора сам по себе достаточно объективен. Я старался не ка-
саться тех проблем, которые скорее относятся к областям, в которых я не
считаю себя достаточно компетентным, в частности к чистой геофизике,
например проблема происхождения инверсий магнитного поля Земли, к
геохимии и петрологии, например происхождение щелочных магмати-
ческих пород, прогноз землетрясений. При изложении же современного
состояния проблем, затронутых в настоящей книге, я старался быть, на-
сколько возможно, объективным, но в конце каждого раздела, подводя
итоги их обсуждения, позволял себе сформулировать свое видение и дать
свою оценку степени изученности данного вопроса и перспектив его даль-
8
От автора
нейшей разработки. И еще одно: приводя различные гипотезы, различ-
ные версии решения проблемы, я оставлял “за кадром” те достаточно
многочисленные гипотезы, которые мне представляются слишком эк-
стравагантными, либо нарушающими общепризнанные законы физики,
либо явно противоречащими опять-таки общепринятым геологическим,
геофизическим и геохимическим фактам. Это касается, в частности, ги-
потез, признающих основным фактором развития Земли экзогенные,
космогенные процессы, гипотез быстро расширяющейся в силу измене-
ния гравитационной постоянной и одновременно возрастающей в своей
массе Земли, гипотез, придающих в развитии Земли решающую роль
ротационному фактору, гипотез вроде гипотезы первоначально гидрид-
ной Земли, допускающих иные, чем принимаемые подавляющим боль-
шинством современных геофизиков, состав и физическое состояние ядра
и тем более мантии Земли. Пусть извинят меня авторы этих гипотез, с
одной стороны, и читатели - с другой, за включение в текст книги неко-
торых идей, которые им покажутся относящимися к этой же категории.
Заканчивая на этом свои объяснения и оправдания, я надеюсь, что
данная книга вызовет интерес не только у специалистов, но и у более
широкого круга читателей, тех, на которых рассчитаны научно-попу-
лярные журналы типа нашей “Природы”, американского “Scientific
American” (в русском переводе “В мире науки”), французского “La
Recherche”.
16 августа 1993 г.,
пос. Деденево Дмитровского р-на
Московской области
От автора
9
ОТ АВТОРА
(ко второму изданию)
Первое издание настоящей книги, выпущенное издательством “На- ,
ука” в 1995 г., и ее дополнительный тираж давно разошлись. Между тем
судьба подарила мне, ее автору, еще несколько лет активной жизни, в
течение которых я продолжал следить за литературой по затронутым в
этой книге проблемам. Это и побудило меня подготовить ее второе,
дополненное издание. При этом я решил не менять содержание отдель-
ных глав, тем более что оно практически и не потребовало таких изме-
нений, а в основном ограничиться дополнениями по новым данным, по-
лученным за 1995-2002 годы. Однако я посчитал полезным добавить одну
главу, посвященную специально проблемам рифтогенеза (гл. 16).
Выражаю искреннюю признательность А.Г. Окновой, В.Е. Вержбиц-
кому и Н.К. Рубаник за помощь в подготовке данного издания моей книги.
Автор надеется, что второе издание данной книги так же заинтересует
широкий круг читателей, причем не только геологов.
Июнь 2002 г., Москва
Глава 1
РОЖДЕНИЕ ПЛАНЕТЫ ЗЕМЛЯ
В последние десятилетия в решении проблемы происхождения Сол-
нечной системы и нашей Земли как ее составного элемента достигнуты
весьма существенные успехи. Тем не менее некоторые ее стороны, в том
числе достаточно важные, вызывают различные толкования.
Пожалуй, все согласны с тем, что исходным веществом для форми-
рования Солнечной системы послужили межзвездные пыль и газы, ши-
роко распространенные во Вселенной. Но каким образом в их составе
оказался полный набор химических элементов таблицы Менделеева и
что послужило толчком для начала конденсации газа и пыли в протосол-
нечную туманность? Существует два варианта ответа на эти вопросы.
Первый путь образования протосолнечной туманности из рассеян-
ных газа и пыли - эволюционный. Он ведет через образование под вли-
янием гравитационного сжатия сгущений этой материи - молекулярных
облаков - к возникновению уплотнений внутри этих облаков и далее к
преобразованию таких уплотнений в молодые звезды типа нашего Сол-
нца, окруженные протопланетным диском. Реальность этого пути недав-
но подтверждена наблюдениями с помощью методов радиоастрономии
и инфракрасной спутниковой астрономии. В результате их применения
вокруг молодых звезд типа Т - Таури, были обнаружены еще не успев-
шие рассеяться сгущения газа и пыли, из которых они, очевидно, и обра-
зовались. Совсем недавно получены и сведения о присутствии планеты
на орбите вокруг пульсара PSR 1829-10 близ центра Млечного Пути.
Правда, эти сведения были подвергнуты сомнению, но затем последова-
ли новые аналогичные открытия. Пришли сообщения об открытии не
только планеты, вращающейся вокруг пульсара PSR 1829-10, но и целой
планетной системы (две планеты и более) вокруг пульсара PSR 1257+12
[Wolszozan, Frail, 1992]. Параметры масс этих планет, их орбит, расстоя-
Рождение планеты Земля
11
ния от центральной звезды и времени обращения вокруг нее вполне со-
поставимы с наблюдаемыми у планет Солнечной системы.
Охарактеризованный только что эволюционный путь формирования
Солнца и протопланетного диска представляется весьма естественным.
Но остается открытым вопрос о происхождении разнообразия химиче-
ских элементов, если учесть, что такое разнообразие, очевидно, было
свойственно уже первичному сгущению межзвездной материи - моле-
кулярному облаку. Вот здесь и приходится привлекать вмешательство
“постороннего” (на первый взгляд) фактора - взрыва Сверхновой звез-
ды в окрестностях будущей Солнечной системы. Именно такой взрыв
массивной звезды, в недрах и газовой оболочке которой за счет ядерных
реакций шел синтез химических элементов (нуклеосинтез), мог приве-
сти к появлению на свет всего разнообразия химических элементов, в
том числе естественно радиоактивных (радиогенных), причем многие
из последних довольно быстро вымерли. Этот же взрыв своей ударной
волной мог стимулировать начало конденсации межзвездной материи,
приведшей в конечном счете к образованию Солнца и протопланетного
диска.
Таким образом, намечается второй путь формирования исходного
состояния Солнечной системы. Его можно назвать катастрофическим,
если справедливо считать взрыв Сверхновой природной катастрофой.
Он заставляет вспомнить о космогонической гипотезе Дж. Джинса, пы-
тавшегося объяснить происхождение планет выбросом солнечной мате-
рии под влиянием сближения с Солнцем другой звезды. Гипотезу Джин-
са в свое время критиковали именно за катастрофизм и апелляцию к слу-
чайности как причине образования Солнечной системы. Но по существу
столь же катастрофистской была и гипотеза О.Ю. Шмидта, допускав-
шая захват Солнцем темной галактической туманности, состоящей из
пыли и метеоритов, и ничего плохого в принципе в этом катастрофизме
нет. Ведь в масштабе астрономического времени взрывы сверхновых
звезд не представляют собой столь редкого, тем более исключительного,
явления - такие взрывы происходят в среднем каждые несколько милли-
ардов лет.
К тому же взрыв Сверхновой мог быть лишь первотолчком, иниции-
рующим процесс, который далее развертывался по своим собственным
законам.
Следующая стадия образования Солнечной системы предусматри-
вает распад протопланетного диска на отдельные планеты внутренней и
12
Глава 1
Рис. 1. Эволюция протопланетного диска - теоретическая модель
“московской школы” (по А. Макалкину [1993])
а - оседание пыли, уплощение пылевого субдиска и образование роя планетези-
малей; б - объединение планетезималей в планеты. Созданная для околосолнечного
диска, эта модель в равной степени применима и к протопланетным дискам вокруг
молодых звезд солнечного типа
внешней групп с поясом астероидов между ними. В расшифровке собы-
тий этой стадии достигнуты наиболее серьезные успехи (рис. 1) в значи-
тельной мере на основе развития идей О.Ю. Шмидта, вплоть до выведе-
ния знаменитого эмпирического закона планетных расстояний Тициу-
са-Боде. Показано, что промежуточной фазой было образование сонма
твердых и довольно крупных, до сотен километров в диаметре, тел, име-
нуемых планетезималями, последующее скопление и соударение кото-
рых и явилось процессом аккреции (наращивания) планеты. Определе-
но (впервые В.С. Сафроновым), что этот процесс занял не более сотни
миллионов лет, т.е. был, с геологической точки зрения, очень быстрым.
В каком состоянии вышла новорожденная Земля из стадии своей ак-
креции? Была ли она холодной или горячей, однородной или неоднород-
ной, т.е. сгустком тел различного состава и размера, или закономерно
расслоенной по вертикали? Решение именно этих вопросов имеет наи-
большее значение для геологов, для всех исследователей Земли.
Рождение планеты Земля
13
Представления о тепловом состоянии новорожденной Земли претер-
пели в последние годы принципиальные изменения. В противовес долго
господствовавшему мнению об “огненно-жидком” исходном состоянии
Земли, основанному на классической космогонической гипотезе Канта-
Лапласа, с начала XX столетия, и особенно настойчиво в 50-е годы стала
утверждаться идея об изначально холодной Земле, недра которой в даль-
нейшем начали разогреваться вследствие выделения тепла естественно
радиоактивными элементами. Однако уже в 60-70-е годы стало очевид-
ным, что эта концепция не учитывает выделения тепла при соударении
планетезималей, особенно большого диаметра. В итоге к настоящему
времени почти всеобщее признание получило представление о весьма
существенном разогреве Земли, вплоть до начала плавления, если не
полного плавления ее вещества, уже на стадии аккреции [Hayashi et al.,
1979; Витязев и др., 1990]. Дальнейшим логическим следствием этого
является вывод о столь же раннем начале дифференциации Земли на
оболочки, и прежде всего на силикатную мантию и железное ядро. Этот
вывод нашел серьезное подкрепление в исследовании изотопных гео-
хронометрических систем (см. сводку И.Я. Азбель и И.Н. Толстихина
[1988]). Его крайним выражением служит идея возникновения уже в на-
чале постаккреционной стадии на поверхности Земли или на неболь-
шой глубине ниже этой поверхности “магматического океана” [Hayashi
et al., 1979]. Образованию такого “океана” мог способствовать парнико-
вый эффект, созданный плотной первичной атмосферой, выделившейся
на аккреционной же стадии [Kumazawa, Maruyama, 1994]. К этому мы
еще вернемся ниже.
Следует упомянуть о существовании иных представлений. Некото-
рые исследователи продолжают придерживаться взглядов об изначаль-
но холодном состоянии Земли и ее последующем разогреве, но не столько
вследствие выделения радиогенного тепла, сколько под влиянием твер-
дых лунных приливов. Отсюда делается заключение о весьма позднем
формировании ядра Земли, на рубеже архея и протерозоя [Сорохтин,
Ушаков, 1991], которому, однако, противоречит факт обнаружения оста-
точной намагниченности у пород с возрастом около 3,5 млрд, лет; ибо,
как известно, магнитное поле Земли связано с ее жидким ядром.
Была высказана и точка зрения, совершенно противоположная двум
вышеприведенным концепциям, исходящим из первоначально более или
менее однородного состава Земли: аккреция протекала таким образом,
что сначала образовалось ядро Земли из железных метеоритов, а затем
14
Глава 1
оно нарастилось мантией за счет падения каменных метеоритов и далее,
возможно, земной корой, отвечающей по составу углистым хондритам.
Эта гипотеза получила название гипотезы гетерогенной аккреции в от-
личие от более распространенного представления о ее гомогенном ха-
рактере. Она была выдвинута К. ТУрекьяном в США, в России поддер-
жана А.П. Виноградовым и развита украинским геохимиком Э.В. Собо-
товичем [1993]. Гетерогенная аккреция, по существу, делает ненужной
последующую дифференциацию Земли, лежащую в основе всех совре-
менных представлений о ее энергетике и эволюции. Но она подверглась
серьезной критике со стороны австралийского геохимика А. Рингвуда
[Ringwood, 1979].
Компромиссный вариант между гипотезами гомогенной и гетероген-
ной аккреции был предложен О.Л. Кусковым и Н.И. Хитаровым [1982].
Согласно этому варианту, в ходе аккреции сначала образовалось внут-
реннее ядро Земли, а остальные оболочки, включая внешнее ядро, явля-
ются уже продуктом дифференциации. Несомненно, это представление
более приемлемо, чем гипотеза гетерогенной аккреции в ее крайней фор-
ме. Но следует иметь в виду, что новейшие взгляды на строение и разви-
тие ядра Земли допускают постепенный и даже продолжающийся и в
современную эпоху рост внутреннего ядра за счет внешнего, благодаря
дифференциации вещества последнего на металлическую (Fe-Ni), ухо-
дящую во внутреннее ядро, и неметаллическую (О, S, Si) фазы в процес-
се общего охлаждения Земли. Эта дифференциация должна носить экзо-
термический характер и может являться одним из источников внутрен-
него тепла Земли (см. гл. 17).
В общем наиболее вероятным сценарием начальной стадии разви-
тия Земли был следующий: быстрая аккреция с участием не только мел-
ких, но и крупных планетезималей, возможно, с тенденцией некоторого
обогащения ранних порций аккретирующего вещества более тяжелыми,
металлическими компонентами; разогрев в процессе аккреции вплоть
до частичного (по крайней мере) плавления, приведшего к началу диф-
ференциации Земли на ядро и мантию.
С вопросом о происхождении Земли тесно связан другой вопрос - о
происхождении ее единственного спутника Луны. Решение последнего
важно для геологов, поскольку Луна первоначально должна была нахо-
диться на относительно небольшом (но не меньшем, чем предел Роша)
расстоянии от Земли и оказывать существенное воздействие на динами-
ку ее верхних оболочек своим приливным воздействием. Любые гипоте-
Рождение планеты Земля
15
зы происхождения Луны должны учитывать некоторые твердо установ-
ленные факты: 1) Луна должна была возникнуть не позднее 4,2 млрд, лет
- возраста ее древнейших базальтов, т.е. либо одновременно с Землей,
либо вскоре после окончания ее формирования; 2) состав лунных пород
близок к составу мантии Земли, отличаясь в основном лишь понижен-
ным содержанием летучих; 3) железное ядро у Луны отсутствует, судя
по ее плотности, сравнимой с плотностью мантии Земли, и по отсут-
ствию магнитного поля (слабое поле существовало в прошлом).
Выдвинутые для объяснения происхождения Луны гипотезы в раз-
ной степени учитывают эти ограничения, но они недостаточны для од-
нозначного решения вопроса.
Согласно одной из гипотез, Земля и Луна образовались одновремен-.
но из одного и того же газопылевого облака, но в случае гомогенной
аккреции они должны были иметь одинаковый состав, чего в действи-
тельности не наблюдается. Другая гипотеза принимает, что Луна оторва-
лась от Земли на ранней стадии ее истории, когда последняя была рас-
плавленной и очень быстро вращалась. Но эта гипотеза не объясняет,
почему Луна не вращается в плоскости земного экватора, а также рас-
пределение моментов количества вращения в системе Земля-Луна. Тре-
тья гипотеза - захвата Луны Землей - допускает ее независимое от Зем-
ли образование. Новейший вариант этой гипотезы недавно разработан
О.Г. Сорохтиным и С.А. Ушаковым [1991]. Он предусматривает: прибли-
жение к Земле гипотетической Протолуны, ее разрушение по достиже-
нии предела Роша' под влиянием гравитационного воздействия Земли и
воссоздание Луны из обломков, оказавшихся за пределом Роша.
Другой вариант, выдвинутый американскими учеными У. Хартман-
ном и Д. Дэвисом в 1975 г. [Hartmann, Davis, 1975; Hartmann, 1985] и
вскоре завоевавший значительную популярность и почти превратившийся
в парадигму, - это гипотеза косого удара о Землю крупного тела, разме-
ром примерно с Марс (0,5 диаметра и 0,1 объема Земли). Последствия-
ми этого удара должны были быть превращение материала “пришельца”
в парообразное вещество (“вапоризация”) и выброс материала земной
верхней мантии. Весь этот материал частично должен был упасть обрат-
но на Землю, но той его доли, которая оказалась за пределом Роша, дол-
жно было быть достаточно, чтобы образовать Луну, а силы выброса -
1 Предел Роша - расстояние около 2,5 земного радиуса, на котором еще сказывается
притяжение Земли, заставляющее тела падать на Землю.
16
Глава 1
чтобы придать ей необходимое ускорение. В дальнейшем эта гипотеза
подверглась математической разработке и получила подтверждение
моделированием на ЭВМ. Некоторые возражения были, однако, выдви-
нуты А. Рингвудом с сотрудниками, указавшими, что по содержанию ва-
надия, хрома и марганца Луна очень сходна с мантией Земли, что свиде-
тельствует в пользу земного происхождения ее вещества. Это свидетель-
ствует против гипотезы совместного образования Земли и Луны, а также
против гипотезы Сорохтина-Ушакова, но не противоречит гипотезе “ги-
гантского импакта” Хартманна-Дэвиса, так как последняя вполне до-
пускает участие выброшенного при ударе астероида земного вещества в
формировании Луны. Для нас последняя гипотеза привлекательна и тем,
что она может помочь в объяснении диссимметрии Земли (см. гл. 5).
Итак, стадия аккреции должна была завершиться формированием
горячей, в верхней части, вероятно, расплавленной Земли, начавшей ис-
пытывать дифференциацию на оболочки [Витязев и др., 1990]. Очень
скоро, если не сразу же, возле Земли появился спутник Луна, начавший
оказывать на нее мощное приливное воздействие.
Как говорилось в одном из выпусков журнала “Nature” (vol. 369,
N 6479), в апреле 1994 г. в Майнце (ФРГ) состоялась рабочая встреча
Европейской геохимической ассоциации, посвященная образованию ядра
Земли. Согласно сообщению автора заметки Ф. Гийо (F. Guyot), боль-
шинство участников встречи пришли к выводу, что “модели гомогенной
аккреции не способны объяснить глобальные геохимические характери-
стики нашей планеты... Распространенность различных элементов в ман-
тии Земли лучше всего объясняется первой стадией роста в восстанови-
тельных условиях, сменяющейся аккрецией более окисленного матери-
ала и последующим добавлением “поздней оболочки” (late veneer)”.
Эти выводы явились результатом более тонких геохимических ис-
следований, показавших, что содержание сильно сидерофильных эле-
ментов (в частности, Au, Pt, PI, Re, Os, Ru, Rh, Ir) в мантии намного
выше, чем можно было ожидать, если бы ядро Земли образовалось за
счет сепарации железа и силикатов, и для перечисленных элементов все
еще очень близко к их среднему содержанию в Солнечной системе. Бо-
лее детально картина аккреции Земли рисуется в следующем виде. На
первой стадии материал солнечной туманности аккретирует в сильно
восстановительных условиях; плотный обогащенный железом металл
отделяется от силикатов и просачивается вниз, образуя ядро и унося все
сидерофильные элементы из протомантии. На следующей стадии к сис-
Рождение планеты Земля
17
теме добавляется окисленный первичный материал, который в основ-
ном остается в мантии. Однако небольшая доля его уходит в ядро, лишая
мантию всех сильно сидерофильных элементов, только что в нее вне-
сенных. На этой стадии устанавливается современное содержание уме-
ренно сидерофильных элементов. Наконец, на последней стадии добав-
ление новой порции материала восстановливает содержание высокоси-
дерофильных элементов в мантии.
Эксперименты по разделению элементов и их соединений при ульт-
равысоких давлениях (>100 ГПа) и температурах (>4000 К) не только
подтвердили изложенную модель, но и позволили выяснить, что при-
месь к железо-никелевому сплаву, составляющая во внешнем ядре около
10%, образована в основном кремнием; содержание же других элемен-
тов - серы, кислорода, углерода, водорода не может превышать 2-3%.
Между тем ранее некоторые исследователи, в частности А.А. Мара-
кушев и американский геофизик Р. Жанлоз, допускали присутствие во
внешнем ядре значительного содержания водорода. Это мнение получи-
ло подкрепление в опытах Дж. Баддинга и его коллег из Института Кар-
неги. Они обнаружили, что при сверхвысоких давлениях образуется гид-
рид железа, который сохраняется до давлений в 62 ГПа (сообщение
J. Johnson в журн. “New Scientist”. 1991. № 1781). По мнению А.А. Ма-
ракушева, присутствие водорода в глубоких недрах Земли играет огром-
ную роль в ее развитии.
Таким образом, вырисовывающаяся по новейшим данным модель акк-
реции Земли сочетает черты гомогенной и гетерогенной аккреции, подобно
упоминавшейся в основном тексте модели Кускова-Хитарова, и оставляет-
ся место для последующей дифференциации земного вещества.
Проблема происхождения Луны интересно обсуждалась в №3 жур-
нала “Природа” за 1994 г. Здесь получили отражение две версии образо-
вания нашего спутника. Одна из них принадлежит А.А. Маракушеву и
основывается на разработанной им же кометной гипотезе образования
Солнечной системы1, существенно отличающейся от изложенной в этой
книге метеоритной гипотезы. Согласно А.А. Маракушеву2, исходным
1 А А. Маракушев. Происхождение и эволюция Земли и других планет Солнечной
системы, М.: Наука, 1992.
2 Согласно А.А. Маракушеву, планеты земной группы первоначально имели флюид-
ные (в основном водородные) оболочки, которые затем были удалены солнечным
ветром.
18
Глава 1
материалом для построения планет было кометное вещество, состояв-
шее из водородного льда с “хвостом” из рыхлого пылевого материала, а
вещество, подобное метеоритам, образовалось уже путем дифференциа-
ции после аккреции кометного вещества с разделением на ядра, подоб-
ные железным метеоритам, и мантию, по составу близкую к каменным
метеоритам. Образование спутников всех планет, по А.А. Маракушеву,
происходило практически по одному закону - при обособлении железо-
каменного ядра от флюидной оболочки планеты приобретали осевое
вращение, а центробежная сила приводила к отделению и выбросу сили-
катного и флюидно-силикатного вещества, которое и сформировало спут-
ники, в том числе и Луну.
Другая версия, кратко изложенная в книге и получившая теперь на-
звание гипотезы “Великого столкновения”, представлена в “Природе”
статьей американского астронома А. Камерона. Этот исследователь, не-
зависимо от У. Хартманна и Д. Дэвиса выдвинувший вместе с У. Уордом
гипотезу мегаимпакта, исходил из необходимости объяснить распреде-
ление угловых моментов вращения в системе Земля-Луна. В итоге они
пришли к гипотезе мегаимпакта, а в ее подтверждение А. Камерон пред-
принял математическое моделирование предполагаемого столкновения
и получил результаты, которые изложил в своей статье. Ее обстоятельно
комментирует А.В. Бялко, приводящий ряд дополнительных доказа-
тельств реальности “Великого столкновения”. Он указывает, что некото-
рые расхождения между расчетами А. Камерона и действительностью,
касающиеся значительно большего удаления Луны от Земли и характера
ее обращения вокруг последней, не противоречат данной гипотезе, а,
напротив, из нее следуют. Далее А.В. Бялко отмечает, что Земля облада-
ет аномально высокой плотностью по сравнению с той, которую она
должна была бы иметь исходя из расстояния до Солнца, а Луна, наобо-
рот, более низкой по сравнению со спутниками других планет. Это, по
А.В. Бялко, также является следствием “Великого столкновения” и не
укладывается в гипотезу А.А. Маракушева. И в заключение А.В. Бялко
подчеркивал уникальность нашей Земли, но к этому вопросу мы еще
вернемся, ибо он касается предпоследней главы данной книги.
Должен еще отметить, что на раннюю дегазацию Земли на осно-
вании изучения изотонии благородных газов кроме русских ученых
И.Я. Азбель и И.Н. Толстихина указал и английский ученый Г. Тернер
[Turner, 1989]. Он считает, что высокое отношение изотопов 129Хе/130Хе в
базальтах средиино-океанских хребтов в сочетании с данными по отно-
Рождение планеты Земля
19
тениям изотопов аргона ♦’Аг/^Аг указывает, что 80% газов или бо-
лее выделилось в первые 50 млн. лет истории Земли (J. Geol. Soc. 1989.
Vol. 146. Р. 147-154).
Во второй половине 90-ых годов были достигнуты впечатляющие
успехи в деле открытия планетных систем вокруг молодых звезд. Если
раньше, начиная с 1992 г., существование планет только подозревалось,
и то вокруг пульсаров, а не звезд, подобных нашему Солнцу, о чем гово-
рилось уже в первоначальном тексте главы, то начиная с 1995г. букваль-
но посыпались сообщения о подобных открытиях, и к апрелю 1999 г. их
насчитывалось уже целых 17. Однако к этому моменту речь шла об обна-
ружении одиночных планет - по одной на каждую звезду. И вот в апреле
1999 г. появилось сенсационное сообщение об открытии сразу трех пла-
нет вокруг звезды Упсилон Андромеды (рис. 2), т.е. настоящей планет-
ной системы подобной нашей Солнечной [Lissauer, 1999; Schneider, 1999].
Пока все открытые планеты по размеру сравнимы с Юпитером, т.е. с
внешними планетами-гигантами Солнечной системы; открытие планет
земной группы, как полагают, еще впереди. Следует сказать, что все эти
открытия совершаются еще косвенным методом - по спектроскопичес-
ки фиксируемому допплеровскому смещению линий поглощения света,
исходящего от центральной звезды, - под влиянием окружающих ее пла-
нет. Однако уже в том же 1999 г. впервые удалось изучить допплеровс-
кое смещение света, отраженного от самой планеты. Это дало возмож-
ность непосредственно определить массу и размеры планеты. В обоих
случаях, когда такие планеты были обнаружены, их размер оказался близ-
X(UA)
Рис. 2. Упсилон Андромеды и
ее три планеты [Schneider,
1999]
20
Diaea 1
ким к размеру Юпитера, а состав, скорее всего, газовым - водородным
[Burrows, Angel, 1999].
Тем временем с помощью ультраширокой (36 км) системы радиоте-
лескопов (числом 47) в межзвездном газопылевом облаке Линде 1551
удалось обнаружить образование двух новых звезд, вокруг которых фор-
мируются протопланетные диски. Диаметр этих дисков равен радиусу
Солнечной системы до Сатурна включительно; образуются они за счет
истечения газа из протозвезд [Boss, 1998].
Эти новые наблюдения фактически подтверждают реалистичность
той картины происхождения Солнечной системы из газопылевого ди-
ска, которая была впервые намечена еще в небулярной гипотезе Канта-
Лапласа в XVIII веке.
Новые данные сделали также гораздо более правдоподобными пред-
положения о решающей роли взрывов сверхновых звезд в качестве сти-
мула образования Солнечной системы и источника разнообразия хими-
ческих элементов, слагающих входящие в нее небесные тела. По дан-
ным, приведенным в статье [Burrows, 2000], во Вселенной примерно
каждую секунду происходит взрыв сверхновой звезды, а в нашей Галак-
тике такой взрыв наблюдается каждые 30-50 лет, и в течение последнего
тысячелетия люди смогли наблюдать шесть подобных взрывов. Так что
говорить о случайности здесь не приходится. Следует еще сказать, что
во Вселенной происходят и неизмеримо большие события катастрофи-
ческого характера - взрывы целых галактик, причем они могут стимули-
ровать взрывы сверхновых [Villeux et al., 1996] и оказывать воздействие
на земные процессы [Афанасьев, 1997], но к этому мы вернемся в главе
20. А пока отметим еще оригинальный взгляд, высказанный в работе
[Boehnhardt, 2001].
Получило дальнейшее развитие в последние годы и представление о
ранней дифференциации Земли на оболочки - ядро, мантию и даже кору
[Витязев, Печерникова, 1996 и др.]. В отношении формирования ядра,
эксперименты показали, что оно возможно лишь из “магматического
океана” [Ballhaus, Ellis, 1996], но не путем просачивания металлической
фазы из мантии, т.е. перколяции, как все же допускается некоторыми
исследователями [Bruhn et al., 2000]. Сама гипотеза образования на ста-
дии аккреции магматического океана также продолжала занимать вни-
мание ученых. По заключению японского ученого Ютака Абе, “...с тео-
ретической точки зрения трудно вообразить аккрецию Земли без образо-
вания того или иного типа магматического океана” [Abe, 1997, с.27]. Он
Рождение планеты Земля
21
отмечает, что тепло, необходимое для плавления мантии, могло иметь
разное происхождение: соударение планетезималей в процессе аккре-
ции, парниковый эффект прото-атмосферы, импактное воздействие, в
особенности мегаимпакт, приведший к образованию Луны. В зависимо-
сти от преобладающего источника тепла магматический океан мог иметь
разную глубину, максимальную под влиянием мегаимпакта.
Ранняя дифференциация подтверждается изотопно-геохимическими
данными. Уже древнейшие базальтоиды Канады и Гренландии имеют
своим источником деплетированную мантию, а древнейшие обломочные
цирконы Австралии с возрастом 4,14 млрд, лет обнаруживают следы
образования за счет переплавления значительно более древней коры
[Amelin et al., 1999].
Что касается происхождения Луны, то наиболее популярной по-пре-
жнему остается гипотеза гигантского импакта. На ее основе предприня-
та попытка смоделировать этот процесс, схематически изображенный
на рисунке За. Моделирование показало, что Луна могла сформировать-
ся за счет конденсации диска, состоящего из выброшенных импактом
обломков прото-Земли, чрезвычайно быстро, чуть ли не меньше, чем за
год [Ida et al., 1997]. Вместе с тем соображения, основанные на сравне-
нии изотопных соотношений ’’Sr/^Sr древнейших земных и лунных по-
род, приводят к выводу, что Луна должна была образоваться еще до окон-
чания аккреционного формирования Земли [De Paolo, 1994], что и пока-
зано на рисунке 36.
Временные соотношения периода аккреции Земли и мегаимпак-
та, породившего Луну, удалось уточнить в результате изучения системы
l82Hf-,82W и изотопов Pb [Halliday, 2000]. Эти данные оказались совмес-
тимыми с представлением о гомогенной аккреции и постепенном фор-
мировании ядра. Длительность аккреции оценивается в 25-40 млн. лет и
принимается, что Земля к моменту мегаимпакта была сформирована бо-
лее чем на 50 и до 65%, а ~25% ее массы добавилось уже после этого
события.
Выше излагались результаты исследований, выполненных в основ-
ном в рамках господствующей в настоящее время концепции происхож-
дения Земли и Солнечной системы, в рамках, так сказать, “мейнстри-
ма”. Между тем в нашей стране продолжали разрабатываться и альтер-
нативные концепции. О двух главных из них, принадлежащих
А.А. Маракушеву и О.Г. Сорохтину, уже шла речь в настоящей главе. Но
в последние годы эти исследователи продолжали работать в избранных
22
Глава 1
б
Рис. 3. Образование Луны [Ida et al., 1997]
и возраст [De Paolo, 1994]
а - схематическая иллюстрация образования Луны в результате гигантского им-
пакта: А - тело размером с Марс сталкивается с прото-Землей; Б - атмосфера из горя-
чего силикатного пара; В - диск из твердых частиц, из которого аккретируется одна
или большее число лун; Г -удаление образовавшейся Луны (лун) вследствие прилив-
ного взаимодействия с Землей; б - возраст Луны, млрд, лет
направлениях и публиковать итоги своих работ; кратко остановимся на
содержании этих публикаций [Маракушев, 1999,2000; Сорохтин, 1999].
А.А. Маракушев [2000] в своем недавнем обобщении комментиро-
вал сообщения об открытии новых планетных систем и увидел в нем
подтверждение ранее высказанных им взглядов. При этом он основыва-
ется на том, что во вновь открытых системах обнаружены лишь плане-
ты, сопоставимые по размерам с Юпитером, т.е. обладающие мощными
газоледяными оболочками. Он, очевидно, полагает, что планеты, подоб-
ные планетам земной группы, т.е. чисто железо-силикатные, в них от-
Рождение планеты Земля
23
сутствуют, хотя авторы этих открытий считают, что они не могли быть
пока обнаружены вследствие малых размеров. Соответственно А.А. Ма-
ракушев развивает в этой статье основные тезисы своей концепции: 1.
Солнечная система образовалась из газопылевого кометоподобного скоп-
ления, оставшегося от взрыва Сверхновой. 2. Планеты сформировались
раньше Солнца. 3. Планеты земной группы первоначально, подобно пла-
нетам-гигантам, обладали мощной газовой оболочкой, впоследствии
унесенной солнечным ветром. 4. Под давлением этой оболочки и про-
изошло плавление и дифференциация железо-силикатного ядра, 5. Луна
отделилась от Земли в результате быстрого вращения прото-Земли и
имеет, таким образом, то же происхождение, что и спутники Юпитера,
из которых ее наиболее близким аналогом является Ио.
Построениям А.А. Маракушева нельзя отказать во внутренней логи-
ке, особенно в отношении происхождения Луны, которое уже не выгля-
дит чем-то исключительным по сравнению с образованием спутников
других планет, хотя сам механизм ее отделения от Земли остается не
очень ясным.
О.Г. Сорохтин [1999] в своей новейшей работе подробно развивает
ранее предложенную модель раннего развития Земли и образования
Луны, в которой принимается, что Земля до 4,0 млрд, лет т.н. оставалась
холодной и не проявлявшей тектоно-магматической активности, ее ядро
выделилось лишь в конце архея, а Луна возникла вследствие разруше-
ния гипотетической прото-Луны, приблизившейся к Земле, на пределе
Роша. Первому выводу явно противоречат уже достаточно обильные изо-
топно-геохимические данные (Sm-Nd, 87Sr/86Sr, Hf-W, Pb и др. благород-
ные газы)', а второй вывод, как и построения А.А. Маракушева, пока не
поддается экспериментальной проверке. Следует; однако, отметить, что
в данной работе О.Г. Сорохтина представления об аккреционном разог-
реве Земли и ранней ее дифференциации с выделением ядра подвергну-
ты детальному критическому разбору.
Возвращаясь к вопросу о происхождении Луны, кратко остановимся
еще на представлениях Э.М. Галимова [1995], отвергающего гипотезу
мегаимпакта. Как и А.А.Маракушев, он придерживается концепции об-
разования Солнечной системы из газопылевого сгущения, но предпола-
гает совместное образование Земли и Луны в качестве двойной плане-
1 Это противоречие О.Г. Сорохтин попытался снять в своей последней публикации
[Sorokhtin, 2001].
24
Глава 1
ты, приводя в пользу такого толкования в основном геохимические аргу-
менты.
В последние годы изучение космических объектов развивалось на-
столько стремительно, что это дало основание одному из американских
астрономов начать свою статью в журнале “Science”, посвященную ис-
следованию галилеевых спутников Юпитера космическим аппаратом
Galileo, следующими словами: “Мы живем в возбуждающее (exciting)
время для всех людей, которые интересуются происхождением планет.
Регулярно открываются новые планеты и новые планетные системы и
могут быть сопоставлены с нашей собственной Солнечной системой.
В нашей Солнечной системе галилеевы спутники, которые вращаются
вокруг Юпитера, образуют планетную систему, которая также оказалась
в центре внимания благодаря замечательному успеху миссии Galileo”
[Stevenson, 2001, р.71]. Кстати, важнейший вывод из наблюдений с этого
космического аппарата, сделанный автором этой статьи, состоит в том,
что “наша Солнечная система, система Юпитера и система Земля-Луна
обладают отчетливо различной динамикой” [Stevenson, 2001, р.72]. Мож-
но заметить, что этот вывод противоречит мнению некоторых наших
специалистов.
Другое важное открытие самого последнего времени - это открытие
вокруг одной из массивных протозвезд, G192 S1 настоящего аккрецион-
ного диска размером примерно в нашу Солнечную систему. Масса про-
тозвезды составляет от 8 до 10 масс Солнца, диаметр аккреционного диска
-130 астрономических единиц, а масса диска - порядка массы прото-
звезды [Shepherd et al., 2001]. Это открытие подтверждает современные
космогонические сценарии.
Отметим, наконец, что по мнению автора заметки в том же журнале
“Science”, посвященной результатам изучения Луны аппаратами “Кле-
ментина” и “Лунар Орбитер”, полученные данные, в частности касаю-
щиеся химического состава лунных пород, подтверждают модели лун-
ного магматического океана и ее происхождения вследствие гигантского
импакта [Spudis, 2001].
ЛИТЕРАТУРА
Азбелъ И.Я., Толстихин И.Н. Радиогенные изотопы и эволюция мантии
Земли, коры и атмосферы. Апатиты: Кол. фил. АН СССР, 1988.
141 с.
Рождение планеты Земля 25
Афанасьев С.Л. Взрывы Галактики И Сознание и физическая реальность.
1997. Т.2. №1. С. 41-52 ‘ '
Витязев А.В., Печерникова ТВ. Ранняя дифференциация Земли и про?
блема лунного состава И Физика Земли. 1996. №6. С. 3-16 . ’
Витязев АВ., Печерникова Г.В., Сафронов В.С. Планеты земной 'груп-
пы: Происхождение и ранняя эволюция. М.: Наука, 1990. 294 с.,
Галимов Э.М. Проблема происхождения Луны И Основные направления
геохимии. Э.М. Галимов - ред. М.: Наука, 1995. С. 8-43.
Кусков О Л., Хитаров Н.И. Термодинамика и геохимия ядра и мантий
Земли. М.: Наука, 1982. 279 с. 5
Макалкин А. Образование планетных систем вокруг звезд И Наука, и тех-
нология в России. 1993. №1. С. 3-8.
Маракушев А.А. Происхождение Земли и природа ее эндогенной активу
ности. М.: Наука, 1999, 252 с.
Маракушев А.А. Происхождение Земли и Луны в свете новейших дости-
жений астрономии И Изв. Секции наук о Земле РАЕН. 2000. Выл. 5.
С. 53-62
Соботович Э.В. Космохимическая модель происхождения Земли. ^На-
ука и технология в России. 1993. №1. С. 112-123.
Сорохтин О.Г. Ранние стадии развития системы Земля-Луна И Изв, Сек-
ции наук о Земле РАЕН. 1999. Вып. 2. С. 141-153
Сорохтин О.Г, Ушаков С.А. Глобальная эволюция Земли. М.: МГУ, 1991.
446 с. ..С'1''
Abe Y. Thermal and chemical evolution of a terrestrial magma ocean // Phys.
Earth Planet. Inter. 1997. Vol. 100. P. 27-39 ''
Amelin Yu., Lee D.C., Halliday A.N., Pidgeon R. Nature of the Earth’s earliest
crust from hafnium isotopes in single detrital zircons I I Nature^ 1999.
Vol. 399. P. 252-255
Ballhaus C., Ellis D.J. Mobility’ of core melts during Earth’s accretion// Earth
Planet. Sci. Lett. 1996. Vol. 143. P. 137-145 ' ц
Boehnhardt H. The death of a comet and the birth of our solar system // Science.
2001. Vol. 292. P. 1307-1309 ' ( .
Boss A.P. Twin planetary systems in embryo // Nature. 1998. Vol. 395. P. 3^Q-321
Bruhn D., Groebner N., Kohlstedt D.L. An interconnected network of core-
forming melts produced by shear deformation // Nature. 2000. Vol. 403.
P. 883-886
Burrows A. Supernova explosions in the Universe // Nature. 2000. Vol. 403.
P. 728
26
Глава 1
Burrows A., Angel R. Direct detection at last//Nature. 1999. Vol. 402. P. 732-
733
De Paolo D.J. Strange bedfellows // Nature. 1994. Vol. 372. P. 331
Halliday A.N. Terrestrial accretion rates and the origin of the Moon // Earth
Planet. Sci. Lett. 2000. Vol. 176. P. 17-30
Hartmann W.K. Giant impact on Earth seen as Moons origin // Geotimes.
1985. N 6. P. 11-12
Hartmann W.K, Davis D.R. Satellite-sized planetesimals and lunar origin //
Icarus. 1975. Vol. 24. P. 504
Hayashi C., Nakazawa K, Mizuno H Earth melting due to the blanketing
effect of the primordial dense atmosphere // Earth Planet. Sci. Lett. 1979.
Vol. 43. P. 22-48.
Ida S., Canup R.M., Stewart G.R. Lunar accretion from an impact-generated
disk//Nature. 1997. Vol. 389. P. 353-357
Kumazawa M., Maruyama S. Whole Earth tectonics // J. Geol. Soc. Japan.
1994. Vol. 100. N 1. P. 50-59
Lissauer J J. Three planets for Upsilon Andromedae // Nature. 1999. Vol. 398.
P. 659-660
Ringwood A.E. Origin of the Earth and Moon. N.-Y. etc.: Springer, 1979.295 p.
Schneider I. Enfin un autre systfeme solaire // La Recherche. 1999. Vol. 321.
N 6. P. 28-29
Shepherd D.S., Claussen M.J., Kurtz S.E. Evidence for a solar system-size
accretion disk around the massive protostar G192.16-3.82 // Science. 2001.
Vol. 292. P. 1513-1518
Sorokhtin O.G. Early stages in the development of the Earth-Moon system //
Astron. Astrophys. Transactions. 2001. Vol. 19. P. 817-845
Spudis P.D. What is the Moon made of? I I Science. 2001. Vol. 293. P. 1779-
1781
Stevenson D.J._Jupiter and its moons // Science. 2001. Vol. 294. P. 71-74
Veilleux S, Cecil G., Bland-Hawthom J. Colossal Galactic explosions // Sci.
Amer. 1996. N 2. P. 98-103
Wolszozan A., Frail D.A. A planetary system around the millisecond pulsar
PSR 1257+12 //Nature. 1992. Vol. 355. P. 145-147
Глава 2
ПЕРВАЯ КОРА ЗЕМЛИ.
ВОЗМОЖНЫЕ СОСТАВ И СПОСОБ
ОБРАЗОВАНИЯ
Время, отделяющее стадию завершения формирования нашей пла-
неты, ее аккреции, от возраста древнейших известных на Земле пород
и составляющее более 0,5 млрд, лет, до настоящего времени почти не
охарактеризовано геологическими документами, если не считать очень
важную находку в западноавстралийских кварцитах с возрастом поряд-
ка 3,5 млрд, лет обломочных зерен цирконов с возрастом до 4,2-4,3 млрд,
лет. Поэтому судить об условиях, в которых развивались Земля, ее кора и
поверхность на этом “догеологическом” или, точнее, доплитнотектони-
ческом этапе (4,6-3,9 млрд, лет), приходится по косвенным данным,
широко привлекая сравнительно-планетологические материалы. В свя-
зи с этим неудивительно, что в освещении данного этапа существуют
значительные разногласия.
Подобно тому как новорожденная Земля совсем недавно рассматри-
валась как холодное тело, еще не вступившее в процесс дифференциа-
ции или, напротив, претерпевшее такую дифференциацию уже в про-
цессе аккреции, предполагалось, что на интересующей нас здесь стадии
Земля, аналогично Луне, была еще лишена гидросферы и атмосферы, не
говоря уже о биосфере, а главным агентом, изменявшим ее поверхность,
были метеоритные бомбардировки, основной период которых, опять же
по сходству с Луной, принимается в 4,2-3,9 млрд, лет т.н. Соответствен-
но данная стадия развития Земли получила название лунной (А.П. Пав-
лов). Представление об этой стадии было развито в работах М.В. Мура-
това, а затем Е.В. Павловского, М.З. Глуховского [1990] и др.
При том, что в этих представлениях имеется значительная доля ис-
тины, современные данные заставляют внести в них определенные по-
28,
Глава 2
правки [Герасимов и др., 1985 и др.]. В первую очередь они касаются
состояния верхней части твердой Земли, которое, как отмечалось в пре-
дыдущей главе, должно было быть близким к расплавленному. Из этого
следует возможность выплавления из верхней мантии первичной коры
Земли, которая, скорее всего, имела коматиит-базальтовый состав. В ниж-
ней части эта кора по аналогии с Луной могла быть полнокристалличе-
ской, в основном полевошпатовой, сходной с габбро-анортозитовой [Руд-
ник, Саботович, 1991]. Если “магматический океан” не достигал земной
поверхности, а располагался на некоторой, но, очевидно, небольшой глу-
бине [Федорин, 1991], то вполне возможно, что метеоритные удары про-
бивали верхний твердый или ранее отвердевший слой и провоцировали
базальтовые излияния, прдобно тому как это имело место в лунных “мо-
рях” [Wichman, Schultz, 1990].
В пользу существования первичной базальтовой (или близкой по
составу) коры Земли свидетельствует не только аналогия с Луной,
где подобные базальты имеют возраст до 4,2 млрд, лет, но и то обстоя-
тельство, что для образования на следующем этапе истории Земли про-
токонтинентальной “серогнейсовой” коры необходимо было переплав-
ление огромного объема базальтового материала [Богатиков и др., 1986,
1991].
Доказательством достаточно раннего выплавления коры является то,
что древнейшие, раннеархейские, породы по своим изотопным (Nd, Sr)
характеристикам обнаруживают происхождение из деплетированной, т.е.
обедненной литофильными элементами, мантии, сформированной задол-
го до их появления [Балашов и др., 1991; Рябчиков, Брай, 1991 и др.]. А в
древнейших метаосадочных породах теми же методами устанавливает-
ся примесь материала еще более древних пород [Балашов и др., 1991].
Было бы весьма соблазнительно усматривать реликты первичной
коматиит-базальтовой коры Земли в ксенолитах (если только это не бу-
дины) амфиболитов и ультрамафитов, часто встречающихся в серых гней-
сах архея, в том числе в древнейших. К сожалению, для этих ксенолитов
не существует соответствующих радиологических датировок, либо эти
датировки указывают на более молодой, архейский возраст. В некото-
рых случаях он близок к возрасту древнейших гнейсов, например в Сред-
неприднепровском блоке Украинского щита [Богатиков и др., 1986]. Сле-
дует, однако, учитывать трудности изотопного датирования метаморфи-
зованных мафитов и ультрамафитов. Тем не менее вся совокупность
косвенных данных, недавно убедительно суммированных О.А. Богата-
Первая кора Земли — возможные состав и способ образования 29
ковым и др. [1991], свидетельствует в пользу былого существования древ-
нейшей коры основного-ультраосновного состава.
В отличие от Луны Земля могла довольно рано обрести атмосферу,
причем достаточно плотную. Эта атмосфера не могла сформироваться
за счет газовых компонент протопланетного диска, ибо последние были
оттеснены солнечным ветром за пределы зоны формирования планет
земной группы. Но она могла начать образовываться уже в период ак-
креции при соударении планетезималей [Matsui, Abe, 1986]. На раннее
формирование земной атмосферы указывает и изотопия благородных
газов [Толстихин, 1991]. По составу эта атмосфера, разумеется, должна
была сильно отличаться от современной; скорее всего, она состояла в
основном из СО2, а также NH3, водяного пара, возможно H2S и НС1. По
расчетам Т. Матсуи и Ю. Абе, уже в этой протоатмосфере могло содер-
жаться количество водяного пара (1021 кг), сравнимое с массой воды, со-
держащейся в современных океанах. Эта атмосфера способствовала,
очевидно, энергичному выветриванию первичной коры, что, в свою оче-
редь, могло привести к обогащению поверхностного слоя SiO2 и А12О3
[Ohtani, 1988].
3,9-3,8 млрд, лет т.н. температура земной поверхности должна была
снизиться до величины, допускающей существование жидкой воды. Об
этом свидетельствует присутствие железистых кварцитов, отложенных
из водной среды в одном из древнейших известных на Земле комплек-
сов Исуа в Гренландии, а также многочисленные включения аналогич-
ных пород во многих других “серогнейсовых” комплексах с возрастом
более 3,5 млрд. лет.
Представление об очень раннем образовании континентальной (про-
токонтинентальной) коры получило дальнейшую поддержку на годич-
ном собрании Американского геологического общества в 1993 г. в вы-
ступлении С. Боуринга и некоторых других участников собрания (см. ста-
тью R. Кегг в журн. “Science”. 1993. Vol. 262. Р. 992-993). С. Боуринг
пришел к такому выводу на основании изучения распределения редкозе-
мельных элементов и изотопов неодима в древнейших, с возрастом око-
ло 4 млрд, лет, гнейсах Акаста в эократоне Слейв Канадского щита. Та-
кое распределение, по мнению С. Боуринга, могло сложиться лишь в
результате рисайклинга (“перелопачивания”) еще более древней конти-
нентальной коры.
Начало 2001 года ознаменовалось сенсацией - в журнале “Nature”
были опубликованы статьи [Halliday, 2001; Wilde er al., 2001; Mojzsis et
30
Глава 2
al., 2001], в которых сообщается, во-первых, об обнаружении среди
западноавстралийских обломочных цирконов зерна с возрастом 4404
±8 млн. лет, т.е. всего на 130 млн. лет моложе времени образования на-
шей планеты, оцениваемого в 4566 млн. лет, и определении в этих цир-
конах повышенного содержания тяжелого изотопа кислорода |8О. По-
следнее доказывает, по мнению авторов, что уже в это время, 4,3-
4,4 млрд, лет т.н., на Земле существовала жидкая вода, а материнскими
породами цирконов были гранитоиды, те. была и континентальная кора.
Тем не менее признается, что эти гранитоиды должны были образовать-
ся за счет частичного плавления мафитовой коры, которая тем самым
сохраняет свое право считаться первичной корой Земли. Новейшие пред-
ставления о событиях первых сотен миллионов лет истории Земли
А. Халлидей изобразил на схеме, которая здесь и воспроизводится (рис.4).
В конце 2000 г. в журнале “Геохимия” была опубликована статья
О.И. Яковлева, О.П. Дикова и М.В. Герасимова [Яковлев и др., 2000],
Аккреция Земли, образование ядра и дегазация
ядра в течение первых 100 млн. лет.
Возможна горячая плотная атмосфера.
Магматические океаны. Мало шансов для жизни.
Остывание поверхности
с потерей плотности атмосферы.
Наиболее ранняя гранитная кора и жидкая вода.
Возможность появления континентов
и примитивной жизни.
Бомбардировка Земли могла повторно разрушить
поверхностные породы, вызвать широкое
расплавление и испарение гидросферы. Жизнь
могла развиться более чем однократно.
Стабильные континенты н океаны.
Наиболее ранние данные, могущие
свидетельствовать о примитивной жизни.
0
100
200
400
300-
Образование Солнца и аккре-
ционного ДИСКа (4.75 млдд. лет т.н.)
/ Некоторые
/ дифференцированные
/ / астероиды (4.56)
___ кккреимя Марса
* заканчивается (4.54)
Образование Луны в течение
\ х средней - поздней стадии
К \ аккреции Земли (4.54)
\ 'Потеря ранней атмосферы
\ Земли (4.5)
\ \ Аккреция Земли, образование
ядра и дегазация в основном
заканчиваются(4.47)
^Наиболее ранние известные
обломки цирконов (4.4)
Верхний возрастной предел
большинства известных
зерен цирконов (4.3)
500“
______ Наиболее ранняя
сохранившаяся
_ континентальная кора (4.0)
Конец интенсивной
-----•— бомбардировки (3.9)
700“
Рис. 4. Наиболее ранняя история Земли (млн. лет), начиная с образования
Солнечной системы [Halliday, 2001]
Первая кора Земли - возможные состав и способ образования 31
имеющая непосредственное отношение к теме настоящей главы. Авто-
ры рассматривают аккрецию нашей планеты в свете концепции, разра-
ботанной В.С. Сафроновым, А.В. Витязевым и их зарубежными едино-
мышленниками, и различают в истории аккреции три фазы: 1 - первая,
главная фаза, активного роста, когда образовалось 93-95% массы плане-
ты, законченная ~4,4 млрд, лет т.н.; 2 - вторая фаза, медленного разра-
стания до современных размеров, завершилась 4,2 млрд, лет т.н.; 3 - тре-
тья фаза, характеризовавшаяся относительно редким падением крупных
тел, длилась до 3,9-3,8 млрд лет т.н. Авторы подчеркивают ведущую роль
в аккреции ударного процесса и считают, что именно он, обеспечивая
разогрев и “практически полное переплавление вещества” планеты, был
главной предпосылкой ее начальной дифференциации. Далее в статье
содержится довольно полный обзор существующих представлений об
образовании и составе первичной коры Земли. Подтверждается наиболь-
шая вероятность базальтового состава этой коры и меньшая - ее бони-
нит-марианитового или анортозитового состава. Однако самым интерес-
ным в этой работе является обоснование возможности образования гра-
нитов (авторы пишут осторожно - “гранитного вещества”) уже на стадии
аккреции. Рассматривая возможный механизм этого процесса и упоми-
ная два его варианта - чисто магматическая и флюидно-магматическая
(в стиле Д.С. Коржинского) дифференциация - авторы отдают предпоч-
тение механизму, названному ими ударно-испарительной дифференциа-
цией. Она предусматривает селективное плавление и испарение сили-
катного вещества под ударным воздействием и, в сочетании с двумя пер-
выми механизмами, образование гранитов уже на ранней стадии аккреции
непосредственно из пара базальта. Авторы подтверждают свои выводы
результатами экспериментов по испарению вещества главных горных
пород. Добавим от себя, что приведенные выше в этой главе и еще не
известные О.И. Яковлеву и его коллегам в момент написания своей ра-
боты данные по древнейшим цирконам Австралии фактически подтвер-
дили их выводы о возможности раннего гранитообразования.
ЛИТЕРАТУРА
Балашов Ю.А., Виноградов А.Н., Митрофанов Ф.П. Изотопно-геохими-
ческие и петрологические данные о формировании и преобразова-
нии протокоры И Ранняя кора: Ее состав и возраст. М.: Наука, 1991.
С. 102-112
32 Глава 2
Богатиков О.А., Гонъшакова В.И., Симон А.К., Фрих-Хар Д.И. Ранние
этапы эволюции магматизма планет земной группы И Геология и гео-
физика. 1986. № 7. С. 28-35
Богатиков О.А., Симон А.К., Пухтелъ И.С. Ранняя кора Земли: Геоло-
гия, петрология, геохимия // Ранняя кора: ее состав и возраст. М.:
Наука, 1991. С. 15-26.
Герасимов М.В., Мухин Л.М., Диков Ю.П., Рехарский В.И. Механиз-
мы ранней дифференциации Земли И Веста. АН СССР. 1985. № 9.
С. 10-23
Глуховский М.З. Геологическая эволюция фундамента древних платформ
(Нуклеарная концепция). М.: Наука, 1990. 212 с.
Рудник В.А., Соботович Э.В. Моделирование состава древнейшей ли-
тосферы по космогеологическим данным И Ранняя кора: ее состав и
возраст. М.: Наука, 1991. С. 63-76
Рябчиков И.Д., Брай Г.П. Магмообразование на ранних этапах земной
истории И Там же. С. 94-101
Толстихин И.Н. Дегазация и геодинамика на “догеологическом” этапе
эволюции Земли И Там же. С. 77-86
Федорин Я.В. Модель эволюции ранней Земли. Киев: Наукова Думка,
1991.110 с.
Яковлев О.И., Диков Ю.П., Герасимов М.В. Роль ударно-испарительной
дифференциации на стадии аккреции Земли //Геохимия. 2000. № 10.
С. 1027-1045
Halliday A.N. In the beginning//Nature. 2001. Vol. 409. P. 144-145
Matsui T, Abe I. Impact-induced atmospheres and oceans on Earth and Venus
//Nature. 1986. Vol. 122. P. 526-528
Mojzsis S.J, Harrison T.M., Pidgeon R.T. Oxygen-isotope evidence from
ancient zircons for liquid water at the Earth’s surface 4,300 MYR ago //
Nature. 2001. Vol. 409. P. 179-181
Ohtani E. Chemical stratification of the mantle formed by melting in the early
stage of the terrestrial evolution // Tectonophysics. 1988. Vol. 154. P. 201 -
210
Wichman R. W, Schultz PH A model for crustal subduction dy large impact
// Lunar et Planet. Sci. Abstr. pap. conf. Marth 12-16. Houston (Texas).
1990. Vol. 21. P.1331-1332.
Wilde S.A., Valley J. W, Peck W.R., Graham C.M. Evidence from detrital zircons
for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago
//Nature. 2001. Vol. 409. P. 175-179
Глава 3
СЕРЫЕ ГНЕЙСЫ
И ЗАРОЖДЕНИЕ КОНТИНЕНТОВ
Примерно до 4,2-4 млрд, лет т.н. Земля развивалась аналогично дру-
гим планетам земной группы. Начиная же с этого рубежа ее развитие
пошло по другому пути, выражением чего стало формирование конти-
нентальной коры и разделение земной поверхности на участки суши и
морские (в дальнейшем океанские) бассейны.
Первичная континентальная кора отличалась от той, которая в на-
стоящее время слагает фундамент континентальных платформ - крато-
нов, меньшим содержанием кремнезема и щелочей, особенно оксида
калия. Поэтому правильнее ее называть протоконтинентальной. Повсе-
местно, где эта кора сохранилась и выступает на поверхность, она пред-
ставлена довольно однообразной ассоциацией пород, которая была сперва
названа серыми гнейсами, а в настоящее время более точно именуется
тоналит-трондьемит-гранодиоритовой (ТТГ) ассоциацией. Судя по на-
ходкам цирконов с возрастом 4,3-4,2 млрд, лет в Западной Австралии и
по раннему появлению деплетированкой мантии, формирование этой “се-
рогнейсовой” коры могло начаться уже в то время, если не раньше, но,
поскольку самих пород древнее 4 млрд, лет пока не обнаружено, основ-
ной период ее становления начался лишь на этом последнем рубеже. Он
продолжался в течение раннего и среднего архея и позднее, вплоть до
современной эпохи, когда образование аналогичной породной ассоциа-
ции наблюдается на активных окраинах континентов там, где субдукции
подвергается молодая (не более 20-30 млн. лет) океанская кора [Drum-
mond, Defant, 1990]. Однако период, когда “серогнейсовая” кора была
единственным представителем коры континентального типа, отвечает
лишь раннему и среднему архею, т.е. длился только до 3,2-3 млрд, лет;
34
Глава 3
поскольку в позднем архее началось образование уже зрелой континен-
тальной коры, вскоре занявшей господствующее положение. Более того,
уже в среднем архее, т.е. с 3,5 млрд, лет, началось развитие гранит-зеле-
нокаменных областей, в дальнейшем составивших основную часть фун-
дамента кратонов - ядер современных континентов. Поэтому главный
период формирования протоконтинентальной коры ТТГ-состава - это
ранний архей (4-3,5 млрд, лет т.н.).
Собственно гнейсы ТТГ-ассоциации могут возникнуть различными
способами. Первоначально допускалось, что они являются продуктом
непосредственного плавления мантии. Это отвечало взгляду на данные
породы как представляющие древнейшую кору Земли. Но в дальнейшем
было показано, что продуктом такого плавления могут быть породы не
кислее андезито-базальтов, щелочных базальтов или бонинитов. Другой
путь образования ТТГ-ассоциации - фракционная кристаллизация ба-
зальтовой магмы. Но такая кристаллизационная дифференциация долж-
на вести к формированию не только ТТГ, но и всей гаммы, от базальтов
через андезиты до дацитов и риолитов (последние две породы являются
аналогами ТТГ). Но в раннем и среднем архее породы среднего состава
- андезиты-диориты, очень редки. Кроме того, пропорция кислых по-
род ТТГ-состава по отношению к средним и основным при такой диф-
ференциации должна быть невелика. Отсюда, кстати сказать, редкость
трондьемитов (плагиогранитов) в современной океанской коре; между
тем в раннем-среднем архее соотношения были обратными.
Поэтому вслед за авторами двух новейших работ [Drummond, Defant,
1990; Rapp et al., 1991] следует принять, что наиболее вероятным спосо-
бом образования ТТГ-ассоциации является плавление базальтов океанс-
кого типа, предварительно превращенных в амфиболиты или эклогиты.
Последнее может быть осуществлено тремя способами. Один из них зак-
лючается в прямом погружении базальтовой, вернее коматиит-базальто-
вой, тяжелой коры в астеносферу, располагавшуюся в то время непос-
редственно под корой и еще сильно насыщенную флюидами и некоге-
рентными элементами [Kroner, Layer, 1992]. Этот процесс, получивший
название “сагдукция” (от англ, sag - прогиб), мог предпочтительно раз-
виваться в “горячих точках” - над мантийными струями (плюмами), в
свою очередь инициированными метеоритными ударами. Так могли воз-
никать первые острова протосиаля (рис. 5а).
Второй способ - это собственно субдукция с возникновением над
зонами субдукции магматических дуг ТТГ-состава. Такие дуги должны
Серые гнейсы и зарождение континентов
35
Гранит-зеленокаменная область
Известково-щелочной вулканизм
Рис. 5. Две альтернативные модели образования
наиболее ранней континентальной коры
а-модель сагдукции А. Крёнера, основанная на идее К. Конди; б-модель обдук-
ции М. де Вита и др.
были иметь, подобно более поздним дугам, линейную форму (что пока
не доказано для раннеархейских ТТГ террейнов), а уже их слияние при-
вело к образованию протоконтинентов (рис. 56).
36
Глава 3
Авторами третьей модели образования ТТГ-ассоциации являются
южноафриканские геологи М. де Вит и др. [De Wit et al., 1992], а ранее
сходная модель предлагалась О.Г. Сорохтиным и С.А. Ушаковым. Это
модель не сагдукции и субдукции, а обдукции. Она предусматривает сер-
пентинизацию раннеархейской океанской коры, что делает ее неспособ-
ной к субдукции и вызывает при сжатии нагромождение чешуй этой коры,
их погружение и частичное плавление с образованием пород ТТГ-ассо-
циации.
Последняя модель получила недавно некоторое подкрепление в ис-
следованиях Д. Эбботт и Р. Дрюри [Abbott, Drury, 1994]. Они доказыва-
ют, что до 4-3,8 млрд, лет т.н. кора не могла субдуцироваться вследствие
своей мощности, превышавшей 23 км, а такая большая мощность была
связана с высокой температурой мантии и соответственно с высокой сте-
пенью ее плавления.
В настоящее время, как правильно отмечено в работе Р.П. Раппа и
др. [Rapp et al., 1991], трудно сделать выбор между этими вариантами.
Если вслед за А. Крёнером [Кгбпег, Layer, 1992], Д. Хантером [Hunter,
1991] и другими предпочесть первый вариант, то вырисовывается карти-
на, при которой в конце раннего архея, около 3,5 млрд, лет назад, проис-
ходит смена режима хаотической конвекции, режима мантийных струй
режимом упорядоченной мелкоячеистой конвекции с обособлением мно-
жества микроплит с ядрами протосиаля, сформированного до этой даты.
В дальнейшем, уже в течение среднего и позднего архея, в интервале
3,5-2,5 млрд, лет, за счет причленения магматических дуг произойдут
разрастание этих островов протосиаля в более крупные континенталь-
ные площади и преобразование этого протосиаля в зрелую континен-
тальную кору.
Таковой, очевидно, была общая направленность развития верхних
оболочек Земли на этих ранних стадиях. Рассматривая происхождение
протоконтинентальной ПТ-коры, мы принимали, что она образовалась
целиком за счет коматиит-базальтовой протоокеанской коры, но следует
признать, что это предположение является чрезмерно упрощенным. Дело
в том, что “серые гнейсы”, начиная с древнейших (3,9-3,8 млрд, лет),
практически повсеместно содержат в большем или меньшем количестве
и больших или меньших размеров включения метавулканитов и мета-
осадочных пород; из последних очень характерны железистые кварци-
ты. Отсюда ясно, что при образовании ТТГ плавлению подвергались не
только базальты и коматииты, но и эти две категории пород. Весьма ве-
Серые гнейсы и зарождение континентов
37
роятно, что этому способствовала их интенсивная “проработка” флюи-
дами, поступавшими из еще богатой ими астеносферы [Коротаев, Ники-
шин, 1983], и что процесс этот шел на данном этапе сходно с моделью
гранитообразования, разработанной Д.С. Коржинским и затем В.А. Жа-
риковым [1987]. При этом “сиализация” симатической протокоры могла
облегчаться тем, что существенный объем последней подвергся предва-
рительно, в эпоху отсутствия гидросферы, интенсивному химическому
выветриванию с обогащением поверхностного слоя кремнеземом и гли-
ноземом. Предшественником этой коры выветривания должен был слу-
жить реголит, сходный с лунным.
Как бы то ни было, облик нашей планеты к началу среднего архея,
т.е. 3,5 млрд, лет т.н., уже существенно приблизился к современному. Она
уже должна была обладать не только ядром, мантией и корой, причем
двух типов - океанской и континентальной (протоконтинентальной), но
и водной и воздушной оболочками. Более того, к тому времени на Земле
уже зародилась органическая жизнь, возникла биосфера. Условия ее по-
явления - предмет следующей главы.
Дискуссия по вопросу о происхождении протоконтинентальной
ТТГ-коры активно продолжалась все последние годы. По-прежнему от-
стаивались три альтернативные модели: сагдукции, обдукции и субдук-
ции. Первая модель нашла защитника в лице В.М. Ненахова [2001].
В интерпретации В.М. Ненахова, образование ТТГ-комплексов проис-
ходит следующим образом. Первичная маломощная мафитовая кора фор-
мируется над плюмами, затем отодвигается в межплюмовое простран-
ство и подвергается здесь торошению с увеличением мощности. Затем в
основании призм торошения на глубине 60-80 км начинается ее селек-
тивное плавление с образованием базальт-андезит-риолитовых серий и
сопряженных с ними плутонических ТТГ-комплексов (рис. 6). Такова наи-
более современная модель сагдукции, которая к тому же апеллирует к
сходству с Венерой, впрочем не слишком убедительному.
Модель обдукции, которую в эти годы продолжал развивать южно-
африканский геолог М. де Вит [De Wit, 1998], отличается от предыду-
щей тем, что в ней первичная кора океанского типа формируется в спре-
динговых срединно-океанских хребтах, где интенсивно гидратируется
и, будучи менее плотной, чем современная, оказывается неспособной к
субдукции. Вместо этого она скучивается на периферии хребтов, дегид-
ратируется в основании нагромождения ее пластин с выплавлением то-
налитовой магмы на глубинах 20-100 км и последующим подъемом этой
38
Глава 3
Зона межплюмового
торошения (сагдукции)
Горячее
поле плюма
Интервал макси-
мальных уровней
эрозионного среза
б
I I О Ip!з Н L * I * I?
3
Серые гнейсы и зарождение континентов 39
магмы и амальгамацией коровых пластин. Предполагается, что дальней-
шее погружение ведет к плавлению ТТГ-пород на глубине 30-35 км и за
его счет к образованию уже “нормальных” гранитоидов и реститов в виде
основных и среднего состава гранулитов (см. рис. 5).
Однако наиболее популярной все же стала субдукционная модель,
особенно после того, как в Алеутской островной дуге были открыты
магнезиальные андезиты, получившие название адакитов (от о-ва Адак).
Геохимические особенности этих пород привели к выводу, что они пред-
ставляют продукт прямого селективного плавления слэба субдуцируе-
мой океанской литосферы, а не мантийного клина над ней, что оказыва-
ется возможным в условиях более высокой архейской температуры в
мантии и субдукции молодой, еще относительно горячей океанской ли-
тосферы [Drummond et al., 1996]. В этом и видится отличие архейского
надсубдукционного магматизма от фанерозойского (рис.7). В дальней-
шем породы типа адакитов были обнаружены, в частности, в юго-запад-
ной Японии, где возраст субдуцируемой коры 13-15 млн. лет [Furukawa,
Tatsumi, 1999], а также в некоторых других регионах (Каскадные горы в
Северной Америке, Центральная Америка, Анды). Остается, однако,
фактом, что в фанерозое породы подобного типа крайне редки, как, на-
пример, и коматииты. Но происхождение адакитов с их своеобразным
химическим составом за счет прямого плавления слэба получило и экс-
периментальное подтверждение [Rapp et al., 1999].
Рис. 6. Модель возникновения и развития континентальной протокоры и
эволюции гранит-зеленокаменных областей [Ненахов, 2001]
а—стадия формирования межплюмовых протодоменов; б - стадия слипания про-
тодоменов и формирования континентальных доменов; в - стадия изостатического
выравнивания протоконтинентов; г - стадия внутриплитного рифтогенеза, формиро-
вания зеленокаменных поясов второго типа. 1 - коматиит-базальтовая кора и ее де-
формированныые фрагменты в зонах торошения; 2,3 - тоналит-троцдьемит-граноди-
оритовые купола: 2—ранней генерации (низкокалиевые эндербиты), 3 - поздних гене-
раций (калиевые эндербиты); 4 - базальтовый континентальный слой реститового
происхождения; 5 - известково-щелочные магматические серии зеленокаменных по-
ясов первого типа; б - фрагменты базальтовой коры, затащенные на глубину нисходя-
щими ветвями плюмов; 7 - эклогитизированные фрагменты базальтовой протокоры;
8 - площадные спрединговые зоны надплюмового пространства; 9 - зоны протосу-
тур; 10 - пути подъема известково-щелочных магматических диапиров; 11 - направ-
ление адвективного перемещения вещества в плюмах; 12 - литосферная мантия;
13 - бимодальные магматиты зеленокаменных поясов второго типа
40
Глава 3
Постархейский рост новой континентальной коры Зрелая кора кратона
Рост новой континентальной коры в течение архея
Рис. 7. Схематические модели, иллюстрирующие различия между архейским
и послеархейским корообразованием в зонах субдукции
[Taylor, McLennan, 1991]
В архее субдуцируемая океанская кора была в среднем моложе и горячее и усло-
вия давления и температуры дегцдратации/плавления субдуцируемого слэба и выше-
лежащей мантии существенно отличались
Субдукционная модель и аналогия с молодыми адакитами недавно
подверглись, между тем, серьезной критике со стороны австралийского
ученого Р. Смитиеса [Smithies, 2000]. Этот исследователь отмечает су-
щественные петрохимические различия между ТТГ-комплексами древ-
Серые гнейсы и зарождение континентов
41
нее 3,0 млрд, лет и адакитами, указывая, что высокое содержание Mg и
низкое - SiO2 свидетельствуют о взаимодействии продуктов плавления
слэбов с вышележащей мантией, в то время как состав ТТГ-следов тако-
го взаимодействия не обнаруживают. Отсюда делается вывод, что моде-
ли, объясняющие образование ТТГ за счет плавления гидратированного
базальтового материала в основании утолщенной коры предпочтитель-
нее субдукционной модели. При этом делается ссылка на примеры из
Кордильер Северной и Южной Америки и Новой Зеландии - образова-
ние Na-гранитоидов за счет плавления мафитовой нижней коры.
Однако в еще более поздней работе [Defant, Kepezhinskas, 2001] ука-
зывается, что среди адакитов существует два типа, из которых один, с
наиболее высоким содержанием MgO является продуктом субдукции
молодой и горячей архейской литосферы, рожденной на многочислен-
ных осях спрединга.
В заключение следует еще упомянуть о появлении “гибридных”
плюм- и плейт-тектонических моделей, в которых принимается, что сна-
чала над плюмами образуется мощная океанская кора, а затем под влия-
нием начавшейся субдукции ее низы плавятся с формированием пород
ТТГ состава (см., напр., [Albarede, 1998]). Но эта схема в основном ис-
пользуется для позднего архея, к чему мы вернемся в главе 6.
ЛИТЕРАТУРА
Жариков В.А. Проблема гранитообразования // Веста. МГУ. Сер. 4, гео-
логия. 1987. № 6. С. 3-14
Коротаев М.Ю., Никишин А.М. Эволюция флюидного режима астено-
сферного выступа и стадийность магматизма, метаморфизма и ме-
таллогении внутриконтинентальных линейных поясов // Докл. АН
СССР. 1983. Т. 273, № 2. С. 415-418
Минц М.В. Архейская тектоника миниплит // Геотектоника. 1998, № 6.
С. 4-19
Ненахов В.М. Геодинамические особенности раннего архея // Геотекто-
ника. 2001, № 1. С. 3-5 /
Abbott D., Drury R. The effects of change in subduction style over Earth
history // Geology. 1994. Vol. 22. P. 937-940
Albarede F. The growth of continental crust // Tectonophys. 1998. Vol. 296.
P. 1-14
Defant MJ., Kepezhinskas P. Evidence suggests slab melting in arc magmas
II EOS Trans. AGU. 2001. Vol. 82, N. 6. P. 65-69
42
Глава 3
De Wit M.J. On Archean granites, greenstones, cratons, and tectonics: does
the evidence demand a verdict? // Precambr. Res. 1998. Vol. 98. P. 181-
226
De WitM., Roering C., HartRJ. et al. Formation of an Archean continent //
Nature. 1992. Vol. 357. P. 553-563
Drummond M.S., DefantMJ. A model fortrondjemite- tonalite-dacite genesis
and crustal growth via slab melting: Archean to modem comparisons //
J. Geophys. Res. 1990. Vol. 95, N 13. P. 21.503-21.521
Drummond M.S., Defant M.J., Kepezhinskas P. Petrogenesis of slab-derived
trondhjemite-tonalite-dacite-adakite magmas // Trans. R. Soc. Edinb. Earth
Sci. 1996. Vol. 87. P. 205-215
Furukawa Y.A. Tatsumi Y. Melting of a subducted slab and production of high-
Mg andesite magmas: Unusual magmatism in SW Japan at 13-15 Ma //
Geophys. Res. Lett. 1999. Vol. 26, N 15. P. 2271-2274
Hunter D.R. Crustal processes during Archaean evolution of southeastern
Kaapvaal province // J. Afr. Earth Sci. 1991. Vol. 13. P. 13-25
Kroner A., Layer P. W. Crust formation and plate motion in the Early Archean
// Science. 1992. Vol. 256, N 5062. P. 1405-1411
Martin H. Adakitic magmas: Modem analogues of Archaean granitoids //'
Lithos. 1999. Vol. 46. P. 411-429
Rapp R.P., Watson E.B., Miller C.F. Partial melting of amphibolite/eclogite
and the origin of Archean trondjemites and tonalites // Precambr. Res.
1991. Vol. 51. P. 1-25
Rapp R.P., Shimizu N., Norman M.D., Applegate G.S. Reaction between slab-
derived melts and peridotite in the mantle wedge. Experimental constraints
at 3.8 Gall Chem. Geol. 1999. Vol. 160. P. 335-356
Smithies R.H. The Archaean tonalite-trondhjemite-granodiorite (TTG) series
are not an analogue of Cenozoic adakite // Earth Planet. Sci. Lett. 2000.
Vol. 182. P. 115-125
Taylor S.R., McLennan S.M. The geochemical evolution of the continental
crust // Rev. Geophys. 1995. Vol. 33. P. 241-265
Глава 4
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ
Существование на Земле органического мира - одно из главных от-
личий нашей планеты от остальных планет Солнечной, а возможно и не
только Солнечной системы, так как до настоящего времени все попытки
обнаружить признаки внеземной жизни оказались тщетными. Вместе с
тем происхождение жизни - одна из величайших и далеких от своего
решения загадок естествознания, по значимости сравнимая разве лишь
с происхождением Вселенной. Если же допустить, что жизнь зародилась
вне Земли и была занесена в готовом виде из космоса, то проблема про-
исхождения жизни становится не только биологической или биохими-
ческой, но и геологической, поскольку становится необходимым выяс-
нить, каковы были условия на поверхности Земли в раннем архее, при
которых оказалось возможным рождение органических молекул и затем
живых клеток из неорганических веществ. Совершенно очевидно, что
эти условия должны были коренным образом отличаться от современ-
ных и вообще более поздних, ибо в дальнейшей истории Земли все жи-
вое происходило только из живого. И если в будущем удастся осуще-
ствить синтез первичных организмов из неорганического вещества, но
условия этого синтеза не будут соответствовать условиям, господство-
вавшим на Земле 4-3,5 млрд, лет т.н., эти эксперименты окажутся в зна-
чительной степени бесполезными, как это произошло с опытами С. Мил-
лера в 1953 г. Так что геологам принадлежит определенное право голоса
при решении проблемы.
Хотя знания в области молекулярной биологии, генетики и смежных
дисциплин очень значительно продвинулись вперед за последние деся-
тилетия, по-прежнему невозможно сделать уверенный выбор между не-
сколькими взаимоисключающими гипотезами происхождения жизни.
44
Глава 4
Одна из таких гипотез была предложена шведским физиком С. Ар-
рениусом в конце XIX в. Известная под названием “гипотеза панспер-
мии”, она предусматривала занос спор микроорганизмов, рассеянных
по всей Вселенной, на Землю, где они и дали начало ее разнообразному
органическому миру. Поскольку никаких бактерий или вирусов в космо-
се до сих пор не обнаружено, а условия в открытом космосе не могут
считаться благоприятными для сохранения жизни, подавляющее боль-
шинство современных исследователей отвергают гипотезу Аррениуса,
хотя отдельные сторонники у нее имеются, в том числе среди известных
астрономов.
Тем не менее, если речь идет не о живых организмах, а об органи-
ческих химических соединениях, то их присутствие в материале вне-
земного происхождения, попадающем на Землю, в частности в метеори-
тах и особенно в кометах (например в известной комете Галлея), ныне
твердо установлено. Причем в числе этих соединений выявлены амино-
кислоты - строительный материал белков, - которые исследователями,
начиная с С. Миллера, считаются способными к самосборке и самово-
спроизведению - основному свойству живого вещества. Примечатель-
но, что такие метеориты, как углистые хондриты, которым приписыва-
ется важнейшая роль в формировании Земли, содержат не только амино-
кислоты, но и спирты, углеводороды и другие соединения, способные
образовать клеточные мембраны первичных организмов [Деймер и др.,
1989]. Совсем недавно сложные органические молекулы, принадлежа-
щие полициклическим ароматическим углеводородам, были надежно ус-
тановлены американскими исследователями в частицах космической
пыли [Zeman, 1994]. Если учесть, что ежегодно на нашу Землю выпадает
в настоящее время 40 тыс. т этой пыли, можно согласиться с заключени-
ем, что органическая материя нашей планеты ведет свою родословную
из межпланетного, а возможно и межзвездного пространства [там
же, с. 17].
Падение на Землю метеоритов, особенно на этапе ее интенсивной
метеоритной бомбардировки 4,2-3,9 млрд, лет т.н., выделяемом по ана-
логии с Луной, могло играть не менее важную роль и в образовании орга-
нических соединений, из которых впоследствии должна была возник-
нуть жизнь. Ударная волна, вызванная падением космических пришель-
цев, и выделившееся при этом тепло, возможно, вызвали химические'
реакции в атмосфере, приведшие к синтезу органических соединений,
именуемых пребиотическими, поскольку они предшествуют появлению
Происхождение жизни на Земле
45
живых клеток. Как недавно показали автор этой идеи X. Шиба и его кол-
лега, известный американский планетолог К. Саган, из трех возможных
источников пребиотических соединений (принос их метеоритами и ко-
метами, импактный органический синтез при их падении на Землю или
при электрических разрядах (молниях), синтез под действием ультрафи-
олетовой радиации) основное значение должна была иметь метеоритная
бомбардировка в период до 3,5 млрд, лет т.н. Правда, другие исследова-
тели считают, что последствия такой бомбардировки были скорее разру-
шительными для органических молекул внеземного происхождения из-
за интенсивного выделения тепла. Более благоприятные условия могли
возникнуть при ее затухании, т.е. в интервале 3,9-3,5 млрд, лет т.н.
Но главное в проблеме происхождения жизни - это все же, каким
образом преобиотические органические соединения - аминокислоты или
нуклеиновые кислоты - превратились в живое вещество. Ключевую роль
в этом должен играть синтез РНК (рибонуклеиновой кислоты), из кото-
рой в дальнейшем возникают живые клетки, состоящие из ДНК (дезо-
ксирибонуклеиновой кислоты). Одноцепочечные (в отличие от двухце-
почечных ДНК) молекулы РНК уже способны к аутокатализу и реплика-
ции, т.е. самовоспроизведению. Согласно теории американского учено-
го У. Гилберта (см. [Хорган, 1991]), первичные организмы состояли из
простых самовоспроизводящихся молекул РНК. В дальнейшем эти орга-
низмы приобрели способность синтезировать белки, что позволило им
увеличить скорость репликации, и липиды, которые сформировали мем-
брану, отграничившую внутреннюю среду организмов от внешней сре-
ды. Так возникла клетка. Далее функция носителя генетической инфор-
мации перешла к двухцепочечным молекулам ДНК, более эффективным
в этом отношении. Этот ход процесса удалось, правда лишь частично
(образование мембраны вокруг РНК), воспроизвести в лаборатории. Если
следовать данной гипотезе, первоначально на Земле должен был суще-
ствовать “мир РНК”, в котором она играла одновременно роль гена и
катализирующего его образование фермента (энзима). Трудность обна-
ружения таких РНК и неясность ответа на вопрос, что способствовало
синтезу первой РНК, порождали сомнения в этой гипотезе.
Однако в последние годы в некоторых американских и западноевро-
। i ейских лабораториях сделаны интересные попытки преодолеть эти труд-
ности [Day, 1991; King, Concar, 1991]. В одной из них роль катализатора,
стимулирующего репликацию РНК, отводится так называемым интро-
нам - соединительным звеньям между частями цепочек РНК и несущи-
46
Глава 4
ми генетическую информацию аксонами. Интроны обладают способно-
стью самоотделяться от аксонов и затем, попарно соединяясь друг с дру-
гом, воспроизводить самих себя. Далее, правда, еще не вполне ясно, ка-
ким именно образом они вызывают образование новых цепочек РНК,
т.е. их репликацию.
Кроме того, обнаружено действие сходного механизма у трех про-
стейших паразитов, в том числе, кстати, у возбудителя сонной болезни
[King, Сопсаг, 1991].
Успехи молекулярной биологии, тем не менее, не сняли полностью
вопрос о том, что предшествовало возникновению РНК, ибо трудно до-
пустить, что они родились непосредственно из “пребиотического бульо-
на” (такое предположение высказал русский ученый А.И. Опарин), со-
стоящего, например, из формальдегида (НСНО) и водород-цианида
(HCN), хотя из подобного бульона вполне могли образоваться разнооб-
разные органические соединения, включая нуклеотиды (предшествен-
ники белков). Такие нуклеотиды встречаются в виде так называемых
хиральных молекул, право- или левовращающих поляризованный свет.
Между тем нуклеотиды, входящие в состав РНК, представлены право-
вращающим сахаром рибозой, причем, если бы в исходном бульоне од-
новременно образовались левовращающие сахара, они бы блокировали
создание цепочек РНК.
В связи с этим представляет интерес идея, высказанная А.Л. Янши-
ным [Janshin, 1988]. Он полагает, что причина появления хиральности у
некоторых органических соединений, давших начало живому веществу,
кроется в возникновении у Земли жидкого ядра и вследствие этого силь-
ного асимметричного магнитного поля. Но здесь сразу же возникают два
вопроса: во-первых, ядро могло образоваться еще до появления жизни;
во-вторых, непонятно, почему только часть добиотических органиче-
ских молекул испытала воздействие магнитного поля. Так или иначе, при-
ходится констатировать, что эта проблема пока остается непреодолен-
ной, что заставило американского исследователя Г. Джойса заключить:
“...нет твердого ответа на вопрос, что предшествовало РНК”. Вместе с
тем следует подчеркнуть, что хиральность, т.е. свойство вращать поля-
ризованный свет лишь в одну, определенную, сторону, является вторым
после способности к репликации важнейшим отличием живого веще-
ства от неживого.
Но если все же принять, что жизнь началась с РНК, то следует выяс-
нить, в какой именно обстановке это могло произойти. Водная среда была
Происхождение жизни на Земле
47
для этого неблагоприятна, поскольку РНК быстро разлагается в воде.
Однако, если подобные РНК полимеры образуются на поверхности кри-
сталлов, они становятся более устойчивыми к действию воды. В связи с
этим возникли две гипотезы, отводящие твердым кристаллам решаю-
щую роль в происхождении живого вещества.
Из них наиболее известна гипотеза шотландского ученого А. Кернс-
Смита, выдвинувшего на эту роль глины. По его мнению, глинистые об-
разования могли приобрести способность адсорбировать или синте-
зировать на своей поверхности органические соединения - белки и ну-
клеиновые кислоты. В дальнейшем эти соединения моши начать само-
стоятельно воспроизводиться и эволюционировать.
В другой подобной гипотезе - немецкого ученого Г. Вехтершойзера
- каталитическое значение придается кристаллам пирита. С геологиче-
ской точки зрения гипотеза Кернс-Смита предпочтительнее не только
потому, что глины очень широко распространены на поверхности Зем-
ли, но и потому, что они могли впервые появиться в таком качестве как
раз в нужное время - в начале архея, в результате химического выветри-
вания базальтовой протокоры или ее реголита.
Еще одна особенность ранней Земли должна была иметь существен-
ное значение, по крайней мере для синтеза пребиотических органиче-
ских соединений, - состав примитивной атмосферы. В более ранних
моделях принималось, что эта атмосфера носила восстановительный
характер и состояла из СН4, NH3 и водяного пара. Именно из такого
состава атмосферы исходил С. Миллер при постановке своих знамени-
тых опытов. Однако в дальнейшем исследователи стали отдавать пред-
почтение нейтральной атмосфере с преобладанием СО2 и N. Тем не
менее, как отмечают X. Шиба и К. Саган, последнее заключение не бес-
спорно. К тому же, первичная атмосфера могла иметь состав, промежу-
точный между этими двумя крайними составами, и в обоих случаях воз-
можно образование пребиотических органических молекул [Chyba, Sagan,
1992].
С открытием в конце 70-х годов гидротерм на дне океанов и богатой
органической жизни в зоне их влияния естественно возникло еще одно
направление, сторонники которого считают, что жизнь зародилась на
Земле именно вокруг таких подводных гидротерм. Но тут можно было
сразу возразить - ведь высокая температура этих источников скорее дол-
жна была способствовать разрушению, чем образованию организмов.
Однако существуют такие бактерии - архебактерии, которые выдержи-
48
Глава 4
вают температуру до 120°, а ряд их видов предпочитает лишенные кис-
лорода местообитания с высокими кислотностью и содержанием серни-
стых соединений, что как раз характерно для районов гидротермальных
источников. К этому следует добавить, что скопления живых организ-
мов позднее были обнаружены и вокруг холодных источников в тылу
островных дуг, например Курильской.
Таким образом, получается, что диапазон физико-географических
обстановок, в которых могли появиться на Земле первые живые орга-
низмы, достаточно велик - от наземных условий с восстановительной
или нейтральной атмосферой через прибрежную, приливо-отливную зону
с ее теплыми водами до относительно глубоководной обстановки с горя-
чими гидротермами.
Наконец, нельзя не упомянуть еще об одном, сугубо современном
направлении в разработке рассматриваемой проблемы. Это попытка под-
ключения к ее решению моделирования на ЭВМ. Так, американский уче-
ный С. Кауфман математически показал, что достаточно сложная группа
полимеров способна к репликации как целое, даже если отдельные по-
лимеры к этому не способны. Но для этого некоторые полимеры должны
“уметь” катализировать простые реакции, например делить полимер над-
вое или соединять два полимера в один.
Таково вкратце сегодняшнее состояние проблемы происхождения
жизни. Приходится повторить, что, несмотря на достигнутые в после-
дние два десятилетия, и особенно в последние годы, успехи в ее реше-
нии, на коренные вопросы еще нет удовлетворительного ответа. И вряд
ли он будет получен в обозримом будущем, хотя возможны и сенсацион-
ные открытия, прежде всего в области молекулярной биологии.
До тех же пор, пока проблема происхождения жизни наряду с неко-
торыми другими фундаментальными проблемами естествознания (про-
исхождение Вселенной, направленность органической эволюции) будет
оставаться нерешенной, всегда найдется повод допустить божественное
вмешательство, разумеется, не в форме антропоморфного бога - Савао-
фа, Иеговы, Аллаха, Будды, а в форме некоего абстрактного высшего
существа.
Несколько лет, прошедших со времени написания основного текста
данной главы, не принесли решающего прорыва в освещении затрону-
той в ней важнейшей проблемы. Однако исследования продолжались с
нарастающей интенсивностью, и в них были вовлечены кроме биоло-
гов, химиков и геологов также специалисты в области генетики и плане-
Происхождение жизни на Земле
49
тологии, соответственно наметились новые направления в разработке
проблемы и получены новые значимые результаты.
Прежде всего отметим уточнение времени появления жизни на Зем-
ле. Первые морфологически различимые органические остатки, обнару-
женные в Южной Африке, имеют возраст ~3,5 млрд. лет. А в юго-запад-
ной Гренландии изотопные исследования трехметрового слоя желези-
стого кварцита с о-ва Акилия выявили соотношение 12С/|3С, характерное
лишь для живых организмов, что дало основание заключить, что жизнь
существовала на Земле уже >3,85 млрд, лет т.н., поскольку эти кварциты
прорываются ортогнейсами такого возраста. Отсутствие в этих породах
различимых органических остатков не должно вызывать удивления, по-
скольку они подверглись весьма глубокому метаморфизму, который, од-
нако, по мнению авторов этого открытия [Mojzsis, Harrison, 2000], не
нарушили соотношение изотопов углерода. Эта датировка представля-
ется тем более значимой, что она совпадает со временем окончания ин-
тенсивной метеоритной бомбардировки Земли (временной интервал ус-
тановлен по аналогии с Луной) и исчезновения жидкой воды на поверх-
ности Марса.
Однако с появлением данных о вероятном присутствии жидкой воды
на Земле уже 4,4-4,3 млрд, лет т.н. на основании изучения изотопного
состава древнейших цирконов (см. гл. 2) приходится допустить еще го-
раздо более раннее зарождение жизни на нашей планете.
Но самый неожиданный поворот в разработке проблемы происхож-
дения жизни на Земле принесло обнаружение вероятных органических
остатков в найденном в Антарктиде метеорите ALH 84001 марсианского
происхождения (такое происхождение предполагается по сходству со-
става редких и рассеянных элементов и изотопного состава с марсиан-
скими породами). За этим открытием последовало обнаружение орга-
нических остатков - цианобактерий, в ряде других метеоритов [Роза-
нов, 2000]. Это заставило вернуться к, казалось бы, отвергнутой и забы-
той гипотезе С. Аррениуса о том, что жизнь зародилась первончально
вне Земли и затем была на нее занесена. Возникло, в частности, предпо-
ложение, что колыбелью жизни мог быть Марс, на котором в силу боль-
шей удаленности от Солнца условия на ранней стадии его развития были
более благоприятными, чем на нашей планете (температура ниже, и т.д.).
В качестве другой возможной “колыбели жизни” предложены фумаролы
на обратной стороне Луны (Дж. Грин, препринт на 31-ом Международ-
ном геологическом конгрессе в Бразилии).
50
Глава 4
Несмотря на то, что многие исследователи относятся к открытиям
следов внеземной жизни весьма скептически, приводя серьезные ар-
гументы, они стимулировали, по крайней мере в США? повышен-
ный интерес к проблемам “астробиологии” и привели к ассигнованию
20 млн. $ на соответствующие исследования.
На роль собственно земной “колыбели жизни” геологи все настой-
чивее выдвигают подводные гидротермы, которыми изобилуют рифто-
вые зоны срединноокеанских хребтов и вокруг которых и ныне процве-
тает разнообразная жизнь, в том числе бактериальная. Сторонники этих
представлений аргументируют их тем, что наиболее примитивные орга-
низмы, в частности цианобактерии, относятся к разряду термофилов,
живущих при температурах выше 80°, а также хемотрофных организ-
мов, использующих в своем метаболизме элементы, которыми как раз
изобилуют гидротермы [Farmer, 2000]. Отмечается, что гидротермаль-
ная активность с ее благоприятными для зарождения жизни условиями
моша проявиться и на ранних стадиях развития Марса, спутника Юпи-
тера - Европы, а также некоторых астероидов. Метеоритная бомбарди-
ровка, которой подвергалась Земля и ее соседи по Солнечной системе,
могла привести не только к разрушению примитивной жизни, но через
стимулирование той же гидротермальной деятельности, напротив, к ее
зарождению [Kring, 2000].
Недавнее открытие вероятных органических остатков, очевидно бак-
териальной природы, в древних сульфидных рудах эократона Пилбара
в Западной Австралии, гидротермальной деятельности с возрастом
3,2 млрд, лет явно подкрепляет данную гипотезу, как и эксперименты
американских ученых, доказавших, что гидротермы являются благопри-
ятной средой для образования аммиака и, следовательно, аминокислот.
Все эти гипотезы не снимают, однако, кардинального вопроса о ме-
ханизме превращения неживой материи в живую, с ее способностью к
метаболизму, самовоспроизведению (репликации), харальностью (од-
носторонним вращением поляризованного света) и образованию клеток,
окруженных мембраной. Над этими вопросами продолжают биться хи-
мики-органики, а теперь и генетики, встречая по-прежнему труднопрео-
долимые препятствия.
Выше в данной главе уже упоминалось о концепции “мира РНК”,
выдвинутой в 1986 г. У. Гилбертом, - мира, предшествовавшего появле-
нию ДНК - основы всей современной жизни. Эта идея в дальнейшем
была подкреплена экспериментами, показавшими, что рибозимы способ-
Происхождение жизни на Земле
51
ны катализировать химические реакции, необходимые для примитивно-
го метаболизма. Однако это еще не доказывает возможность их само-
воспроизводства. Кроме того, молекула РНК достаточно сложна, и это
заставляет думать, что жизнь возникла еще до появления РНК, для син-
теза которой в лаборатории необходимо участие энзимов. К тому же “миру
РНК” должно было предшествовать образование клеточных структур с
их мембранами, удерживающими молекулы-компоненты “мира РНК”.
Далее должно было следовать замещение рибозим протеинами, состав-
ляющими один из трех необходимых элементов генома.
Все эти трудности попытался преодолеть Э.М. Галимов, выдвинув
новую концепцию происхождения жизни на Земле. Она изложена в его
только что вышедшей в свет книге “Феномен жизни” [2001]. Согласно
этой концепции, предшественником РНК было органическое соедине-
ние аденозинтрифосфат, представлявшее продукт синтеза таких более
простых веществ, как цианистый водород, формальдегид (НСНО), НРО,
сахара, простые липиды (углеводороды и др.).
Следует отметить, что эти соединения обнаружены в составе метео-
ритов - углистых хондритов, тех самых, аналоги которых активно уча-
ствовали в аккреции нашей планеты (см. гл. 1). Они, в свою очередь,
могли синтезироваться из газов, составлявших первичную атмосферу
Земли (СО2, СО, СН4, NH4), при том непременном условии, что эта ат-
мосфера была восстановительной, что вполне вероятно, хотя и призна-
ется не всеми исследователями. Одновременно должна была существо-
вать и водная оболочка, хотя бы в виде мелких водоемов. В этой обста-
новке в атмосфере мог идти синтез производных HCN, а в воде
формальдегида НСОН, которые затем, взаимодействуя, и создавали аде-
позинтрифосфат. Решающая роль последнего в дальнейшем развитии
процесса заключалась в том, что его гидролиз поставлял энергию, необ-
ходимую для создания стационарной системы необратимых реакций,
которые и привели к возникновению РНК на основе нуклеотидов и ами-
нокислот. Первичная РНК не обладала кодирующими свойствами, но
затем установление структурного соответствия между набором нуклео-
тидов и видом аминокислот привело к становлению генетического кода
и далее - к возникновению репликации (самовоспроизводства), что яви-
лось решающим шагом на пути рождения жизни. Но требовался еще один
шаг - пространственное обособление возникшего гена - образование
клетки с ее мембраной. Предполагается, что в этом последнем процессе
основная роль принадлежала так называемым липидам, которые обла-
52
Глава 4
дают способностью образовывать капли, пузырьки и т.п. формы, обла-
дающие гидрофобными свойствами. Возникновение клеточных струк-
тур, удерживающих в себе сложный генетический аппарат, было равно-
значно появлению организмов и завершению начальной стадии эволю-
ции жизни. Кратко изложенные выше представления Э.М. Галимова
иллюстрированы его же схемой (рис. 8).
От себя хочется подчеркнуть два обстоятельства. Во-первых, пере-
ход от одной ступени эволюции к другой на намеченном Э.М. Галимо-
ПЕРВИЧНАЯ СРЕДА НА ЗЕМЛЕ
Рис. 8. Схема начальной стадии эволюции жизни [Галимов, 2001]
Происхождение жизни на Земле
53
вым и другими исследователями пути означал крупный скачок - синтез
аденозинтрифосфата, синтез РНК, возникновение генетического кода,
появление клетки и самого организма, а причины, стимулы этих скач-
ков, остаются, по существу, не установленными, если не считать указы-
ваемого Э.М. Галимовым стремления к упорядочению, т.е. самооргани-
зации. Во-вторых, установление, благодаря изотопным исследовани-
ям древнейших цирконов Австралии, присутствия воды на Земле уже
~4,4 млрд, лет т.н., делает вероятным то, что обрисованная выше началь-
ная стадия эволюции жизни на Земле могла завершиться уже к этому
сроку, тем более если принять во внимание, что первичные строитель-
ные материалы могли поступить на Землю уже в составе слагавших ее
углистых хондритов.
ЛИТЕРАТУРА
Галимов Э.М. Феномен жизни . М.: УРСС, 2001. 254 с.
ДеймерД., Михайлов А.И., Селезнев С.А. Как появились первые клетки?
//Природа. 1989. № 10. С. 3-9
Розанов А.Л. Бактериально-палеонтологический подход к изучению ме-
теоритов И Вестник РАН. 2000. Т. 70. № 3. С. 214-226
Хорган Дж. У истоков жизни И В мире науки. 1991. № 4. С. 69-79
Chyba С., Sagan С. Endogenous production, exogenous delivery and impact-
shock synthesis of organic molecules: An inventory for the origin of life
//Nature. 1992. Vol. 355. P. 125-132
Day St. The first gene on Earth И New Sci. 1991. Vol. 132. N 1749. P. 36-37
Farmer J.D. Hydrothermal systems:Doorways to early biosphere evolution //
GSA Today. 2000. Vol. 10. N 7. P. 1-8
King D., Concar D. A parasite’s guide to editing scrambled genes // New Sci.
1991. Vol. 132. N 1749. P. 38-39
Kring D.A. Impact events and their effect on the origin, evolution, and
distribution of life // GSA Today. 2000. Vol. 10. N 8. P. 1-7
Janshin A.L. On the time of the life appearance on the Earth И Vesnik (Bull.).
1988. Vol. 44. P. 5-15
Mojzsis S.J., Harrison T.M. Vestiges of the beginning: clues to rhe emergent
biosphere recorded in the oldest known sedimentary rocks // // GSA Today.
2000. Vol. 10.N4.P. 1-6
Zeman E.J. Comlex organic molecules found in interplanetary dust particles
// Physics Today. 1994. N 3. P. 17-19
Глава 5
СТАНОВЛЕНИЕ ПЕРВОЙ ПАНГЕИ
И ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПАНТАЛАССЫ,
ПРИЧИНЫ ДИССИММЕТРИИ ЗЕМЛИ
В главе 4 мы констатировали, что к концу первого миллиарда лет
своего существования на поверхности Земли уже появились первые ос-
трова сиаля, представленного протоконтинентальной корой ТТГ-соста-
ва. Хотя выходы на поверхность этих образований с возрастом 3,5-4 млрд,
лет встречены уже практически на всех континентах, они занимают не-
большую площадь [Bibikova, Williams, 1990; Goodwin, 1991], и неизве-
стно, насколько широко они распространены в более глубоких частях
современной континентальной коры. Тем более трудно сказать, могла ли
эта “серогнейсовая” кора образовать к юнцу раннего архея сколько-ни-
будь крупный массив суши, типа более поздних суперконтинентов, как
это предполагает Ч.Б. Борукаев [1985]. Имеющаяся информация о рас-
пространении в более поздних образованиях реликтовых цирконов со-
ответствующего возраста, а также изотопно-геохимические данные о рас-
пространенности редкоземельных элементов в архейских осадках
[McLennan, Taylor, 1991] скорее склоняют к негативному ответу на этот
вопрос. Они позволяют предполагать, что речь должна идти именно об
островах сиаля, точнее, протосиаля, разделенных пространствами с ко-
рой океанского типа, реликты которой обнаружены, например, в грен-
ландском комплексе Исуа японской экспедицией [Maruyama et al., 1992].
Гораздо более уверенно можно говорить о формировании основной
массы континентальной коры, причем уже зрелой коры, отвечающей в
своей верхней части нормальным K-Na гранитоидам, в течение следую-
щего миллиарда лет истории Земли, между 3,5 и 2,5 млрд, лет т.н., отве-
Становление первой Пангеи и происхождение Панталассы...
55
чающего в хроностратиграфической шкале среднему и позднему архею
[De Wit et al., 1992; Windley, 1984]. К концу периода, по оценке ряда
исследователей [Тейлор, Мак-Леннан, 1988 и др.], было образовано до
60-85% современной континентальной коры, причем последняя оценка
представляется более предпочтительной. Одновременно толщина этой
коры, судя по проявлениям гранулитового метаморфизма, охватившего
ее низы и требующего соответствующего литостатического давления,
должна была также достигнуть величины, близкой к современной, т.е.
не менее 35-40 км. Толщина литосферы, на предыдущем этапе равная
толщине коры или лишь немного ее превышавшая, возросла до величи-
ны не менее 150 км, о чем свидетельствуют находки алмазов архейского
возраста, которые должны были образоваться в литосферной мантии.
Обнаженные на поверхности участки консолидированной к концу
архея континентальной коры представляют собой на большей части сво-
ей площади так называемые гранит-зеленокаменные области (ГЗО). Они
состоят из вытянутых преимущественно в одном направлении, реже обра-
зующих петельчатый рисунок зеленокаменных поясов (ЗКП) - синфор-
мных структур, выполненных преимущественно слабометаморфизован-
ными основными и ультраосновными вулканитами, с подчиненными
осадками, и разделяющими их более широкими полями гранито-гней-
сов (орто- и пара-) и гранитов. Последние, как правило, более молодые,
чем основная масса вулканитов, но содержат отдельные вкрапления бо-
лее древних “серых гнейсов” ТТГ-состава. Подчиненное место в струк-
туре эпиархейских кратонов (эократонов) занимают сформированные в
конце архея гранулит-гнейсовые пояса (ГГП), разделяющие ГЗО и обра-
зованные в значительной степени за счет тектоно-метаморфической пе-
реработки материала последних. Классическим примером этих поясов
является южноафриканский пояс Лимпопо. Другие обнаженные участки
гранулитовых комплексов представляют собой выведенные на поверх-
ность вследствие позднейших, послеархейских, поднятий нижние гори-
зонты коры ГЗО, как это установлено для Западной Австралии и некото-
рых участков Канадского щита.
Из сказанного следует, что основной процесс созидания континен-
тальной коры проходил в архее (среднем и позднем) в пределах ГЗО,
точнее в ЗКП. Поэтому главная проблема развития земной коры на дан-
ном этапе ее истории - условия образования и геодинамическая обста-
новка развития зеленокаменных поясов. Причем следует учесть, что зе-
ленокаменные пояса не полностью исчезли в конце архея, а в некоторых
56
Глава 5
регионах сходные структуры развивались и в раннем протерозое, до
1,8 млрд, лет т.н. (Западная Африка, Южная Америка, Канада).
В каких условиях, на какой коре и каким образом происходило зало-
жение зеленокаменных поясов? Этот вопрос остается остродискуссион-
ным, ибо имеющаяся информация противоречива, и, вполне возможно,
вследствие неоднозначности этих условий. В ряде регионов - эократо-
ны Зимбабве в Южной Африке, Сан-Франсиску в Южной Америке, Йил-
гарн в Западной Австралии, Карнатака в Южной Индии - достаточно
определенно устанавливаются как присутствие более древнего сиали-
ческого субстрата, так и размыв этого субстрата в начале образования
ЗКП. Такие данные, притом довольно убедительные, приводятся и для
Канадского щита, провинции Сьюпириор, где разрез ряда ЗКП начина-
ется мелководными кварцевыми обломочными, карбонатными и эвапо-
ритовыми осадками [Thurston, Chlivers, 1990]. Правда, П. Хоффман
[Hoffman, 1990] интерпретирует все ранее описывавшиеся стратиграфи-
ческие контакты между выполнением ЗКП и древними гранито-гнейсо-
выми комплексами как тектонические, впрочем не отрицая большей древ-
ности этих комплексов. Для другого классического пояса - Барбертон в
Южной Африке, в настоящее время также установлена ббльшая древ-
ность гранито-гнейсового комплекса по сравнению с основанием разре-
за этого пояса, хотя его коматиит-базальтовые низы большинство иссле-
дователей трактуют как метаофиолитовую ассоциацию, т.е. кору океанс-
кого типа. Аналогичное заключение делается относительно ЗКП
провинций Слейв Канадского щита и Вайоминг Скалистых гор США.
В эократоне Пилбара возраст древнейших вулканитов ЗКП оказывается
близким к возрасту древних гранитов. В ряде регионов природа и возраст
субстрата ЗКП не могут быть выяснены по условиям обнаженности.
Очевидно, что имеющиеся данные дают основание для следующих
предположений:
1) ряд ЗКП могли закладываться на протоконтиненталыюй коре в
условиях ее рифтинга, который далее мог смениться (но не обязательно
сменялся) спредингом с новообразованием коры океанского или близко-
го к океанскому (предполагаемые архейские офиолиты-протоофиолиты
все же отличаются от своих более поздних гомологов) типа;
2) другие ЗКП могли образоваться на остаточной (от раннего архея)
коре этого типа, занимавшей пространство между островами протосиа-
ля, но их заложение также должно было сопровождаться ее растяжени-
ем и раздвигом;
Становление первой Пангеи и происхождение Панталассы... 57
3) можно, наконец, допустить, что наиболее благоприятными участ-
ками для заложения ЗКП были участки утонения протосиалической коры,
расположенные над восходящими ветвями конвективных течений
или мантийными струями (недавно было показано [Malkin, Shemenda,
1991], что такие участки предпочтительны для развития процессов риф-
тинга).
Для решения вопроса об условиях развития конкретных ЗКП - чисто
рифтового или рифтово-спредингового и затем субдукционного - важ-
ное значение имеют данные об их вулканизме. В этом отношении ЗКП
довольно отчетливо разделяются на два типа: с бимодальными и с пос-
ледовательно дифференцированными сериями. Очевидно, первые име-
ют скорее рифтогенное происхождение, вторые - спредингово-субдук-
ционное. Недавно А. Крёнер [Kroner, 1991] пришел к заключению, что к
первому типу относятся среднеархейские (древнее 3 млрд, лет) пояса, ко
второму -позднеархейские. Отсюда неизбежно следует важный вывод о
том, что тектоника плит начала “работать” лишь в позднем архее. Вы-
воды А. Крёнера относительно среднеархейских поясов основывают-
ся на материале поясов двух регионов - Каапвальского (пояс Барбер-
тон) и Пилбарского эократонов. Но, если включить в рассмотрение сред-
не-архейские же пояса Среднего Приднепровья (Украинский щит) и
Алданского щита, категоричность этих выводов придется подвергнуть
сомнению. Вероятно, можно говорить лишь о преобладании ЗКП чисто
рифтогенного типа в среднем архее и господстве ЗКП спредингово-
субдукционного типа в позднем архее. Во всяком случае, не может
быть и речи о том, что все ЗКП представляют собой чисто рифтоген-
ные структуры, как до сих пор считают некоторые отечественные иссле-
дователи.
Дальнейшее развитие большинства зеленокаменных поясов прохо-
дило в три фазы. Первая фаза протекала в обстановке продолжающегося
растяжения (рифтинга, спрединга) и сопровождалась накоплением мощ-
ной толщи вулканитов - коматиитов и коматиитовых базальтов с резко
подчиненным участием кремнистых, кремнисто-железистых и глини-
стых осадочных пород. Излияния и осадконакопление происходили в
морских, нередко глубоководных условиях. Во вторую фазу в ЗКП вто-
рого типа в действие вступает субдукция и начинают формироваться вул-
канические дуги с магматитами известково-щелочной серии, включая
дациты и риолиты. Вероятно, и в ЗКП первого типа условия растяжения
сменяются условиями сжатия с началом их инверсии.
58
Глава 5
Вторая фаза обычно заканчивается внедрением диапировых плуто-
нов гранитоидов. Эти гранитоиды еще принадлежат к тоналит-трондье-
митовой натровой ассоциации, но иногда и к известково-щелочной (Бар-
бертон). Нередко они залегают, как это установлено в Южной Африке и
в Австралии, в виде плоских батолитов. Их внедрение не сопровождает-
ся сколько-нибудь значительной деформацией вмещающих вулканитов
и осадочных образований, но ни в коей мере не может считаться ответ-
ственным за часто весьма сложную, включающую пологие надвиги и
тектонические покровы, причем со срывом с фундамента, структуру ЗКП,
установленную и в Канаде, и в Южной Африке (Свазиленд, Зимбабве),
и в Австралии, и в Индии. Эта структура явно образовалась в условиях
интенсивного сжатия, характерного для третьей, заключительной фазы
развития ЗКП.
В эту фазу магматические дуги обладают уже значительным релье-
фом, с них сносятся большие объемы обломочных, нередко крупнообло-
мочных осадков. Они создают молассоподобные толщи, заполняя пред-
дуговые, междуговые и тыльнодуговые прогибы, которые постепенно
мелеют и осушаются. Вулканизм продолжается и в течение этой фазы, в
основном поставляя лавы среднего и кислого состава, а в конце разви-
тия ЗКП формируются крупные плутоны гранитоидов, петрохимически
и минералогически существенно отличные от более ранних. Это нор-
мальные К-гранитоиды, особенно характерные уже для конца архея -
2,7-2,5 млрд, лет (в поясе Барбертон известны К-граниты с возрастом
3,44 млрд. лет!). По происхождению это не мантийные, а в основном
коровые гранитоиды, продукты плавления нижней коры ТГГ-состава.
За ними местами, например в Канаде, следуют уже интрузии повышен-
ной щелочности, вплоть до нефелиновых сиенитов, - первые подобные
интрузии в истории Земли.
Эти плутоны вместе с более ранними в некоторых регионах настоль-
ко значительно деформируют первоначальную линейно ориентирован-
ную перпендикулярно господствующему сжатию структуру гранит-
зеленокаменных областей, что трансформируют ее в петельчатую,
характерную для таких ГЗО, как Пилбара, Зимбабве, Среднее Приднеп-
ровье. Возможно, что это можно считать типичным для более древних
ГЗО [Новикова и др., 1991].
В течение среднего и позднего архея сменились три основные гене- '
рации ЗКП: одна в среднем и две (3-2,8 и 2,7-2,5 млн. лет т.н.) в позднем
архее. Примечательно, что в большинстве ГЗО встречаются или преоб-
Становление первой Пангеи и происхождение Панталассы... 59
ладают ЗКП одной из этих генераций, например в Канадском, Балтий-
ском, Алданском и Восточно-Бразильском щитах - наиболее поздней, в
блоках Пилбара Западно-Австралийского щита, Каапвальском Южно-
Африканского и Среднеприднепровском Украинского [Щербак, 1991;
Щербак и др., 1991] - наиболее ранней. Лишь в блоках Йилгарн в Запад-
ной Австралии, Зимбабве в Южной Африке и в Южной Индии распро-
странены ЗКП нескольких генераций. При этом развитие большинст-
ва ЗКП было относительно кратковременным, например в Австралии -
75 млн. лет. В пределах ГЗО в целом одного и того же возраста отдель-
ные ЗКП, как правило, не строго одновозрастны, причем наблюдается
прогрессия их возраста в определенном направлении. Это обнаружено в
ряде ГЗО: в провинциях Слейв и Сьюпириор Канадского щита, в Ка-
рельском блоке Балтийского щита, в блоке Йилгарн Западно-Австралий-
ского щита [Pidgeon, Wilde, 1990]. Эта прогрессия показывает, что про-
исходит постепенное разрастание ГЗО путем последовательного причле-
нения к ядрам протосиаля все новых магматических дуг и закрытия
окаймляющих и разделяющих их бассейнов типа окраинных или тыль-
нодуговых морей. Такой процесс описан, в частности, для провинции
Слейв Канадского щита [Kusky, 1990]. Более древние ГЗО могут в даль-
нейшем подвергнуться общей гранитизации, что, очевидно, произошло
с раннеархейскими и частично со среднеархейскими ГЗО. Тоща от ЗКП
сохраняются лишь отдельные реликты, в которых они опознаются в виде
включений амфиболитов (метабазальтов) и железистых кварцитов сре-
ди обширных полей гранито-гнейсов, как это наблюдается, например, в
Южной Индии, где додарварские ЗКП встречаются среди полей “полу-
островных гнейсов” [Danu Venkata et al., 1991].
Имеются серьезные основания предполагать, что к концу архея про-
изошло: объединение отдельных ГЗО, отвечавших по размерам более
поздним микроконтинентам, их коагуляция с образованием уже круп-
ных континентов и даже единого суперконтинента - первой Пангеи в
истории Земли. В пользу этого предположения говорит, во-первых, ши-
рокое распространение архейского фундамента в раннепротерозойских
подвижных поясах, примером чему могут служить Трансгудзонский пояс
Канады и Гренландии, практически все австралийские и китайские склад-
чатые системы этого возраста, а также Бирримско-Амазонский пояс того
же возраста Африки и Южной Америки. Во-вторых, о том же могут сви-
детельствовать, с одной стороны, отсутствие, за исключением некото-
рых гранулито-гнейсовых поясов (например Лапландско-Беломорский),
60
Глава 5
преемственности между архейскими и раннепротерозойскими энсима-
тическими подвижными поясами - глубоководными бассейнами, и, с
другой стороны, преобладание континентальных или мелководно-мор-
ских условий в первой половине раннего протерозоя, между 2,5 и 2,2-
2 млрд, лет т.н. Как уже указывалось выше, кора и литосфера суперкон-
тинента должна была обладать толщиной и строением, характерными и
для всей последующей истории Земли.
Итак, намечается эволюционная цепочка от первых островов прото-
сиаля, появившихся в раннем архее, через микроконтиненты - эократо-
ны ГЗО, сформированные в среднем-позднем архее за счет аккреции
магматических дуг к этим островам, и далее к континентам и суперкон-
тиненту, в который стянулась вся сиалическая кора в конце архея. Но
затем неизбежно встает вопрос: охватывала ли континентальная кора в
конце архея всю поверхность Земли или только какую-то ее, очевидно
меньшую, часть, и если последнее справедливо, то чтб находилось на
остальной ее площади.
Первый вариант мог иметь место лишь в том случае, если радиус
Земли в конце архея был существенно меньше, чем современный, но для
такого допущения нет достаточных оснований, хотя отдельные исследо-
ватели (А. Гликсон [Glikson, 1980] и др.) и считают его возможным
(о гипотезе расширяющейся Земли см. гл. 19). Но если не принять эту
гипотезу, то следует признать, что на остальной поверхности Земли была
распространена океанская кора. По закону изостазии суперконтинент
возвышался над пространством с этой корой на величину несколько мень-
шую той, на которую современные континенты возвышаются над ложем
современного океана, поскольку толщина и, следовательно, вес водного
покрова должны были быть меньшими, чем у современного океана. Тем
не менее представляется, что к тому времени объем гидросферы достиг
значительной доли от современного, поскольку дефлюидизация Земли
должна была протекать параллельно с дифференциацией мантии и раз-
витием магматизма и, значит, идти в том же темпе.
Таким образом, к началу протерозоя поверхность Земли разделилась
на суперконтинент Пангею и Мировой океан - Панталассу. Этот вывод
представляется наиболее вероятным, хотя прямые доказательства суще-
ствования такого океана, реликтом которого считается современный Ти-
хий океан - Пацифик, появляются лишь начиная с позднего протерозоя,
а косвенные - с конца раннего протерозоя - среднего протерозоя (под-
робнее см. гл. 8).
Становление первой Пангеи и происхождение Панталассы... 61
К аналогичному выводу о времени возникновения Мирового океана
пришли О.Г. Сорохтин и С.А. Ушаков [1991], но его глубины в начале
раннего протерозоя они оценивают лишь в 780-870 м, полагая, что тогда
происходила гидратация океанской коры. Они считают также, что греб-
ни срединно-океанских хребтов первоначально, до 3 млрд, лет т.н., не
возвышались над уровнем океана. Оба последних заключения представ-
ляются спорными, так как вытекают из идеи авторов о позднем форми-
ровании ядра Земли, к 2,5 млрд, лет т.н., и из соответствующих расчетов
изменений эндогенной активности Земли.
Разделение приповерхностной части Земли на Пангею и Панталассу
означает образование ее коренной диссимметрии. Последняя могла про-
явиться еще раньше, если принять, что формирование сиаля уже начи-
ная с 4,2-3,9 млрд, лет т.н. активно протекало лишь в одном полушарии.
Вряд ли это могло произойти еще раньше, в стадию аккреции или в пер-
вую постаккреционную стадию, как это допускают некоторые исследо-
ватели, так как в это время еще шло интенсивное перемешивание земно-
го вещества. Впрочем, возможен один интересный вариант, связанный
с образованием Луны. Если допустить, согласно гипотезе У. Хартманна
(см. гл. 1), что Луна образовалась в конце аккреционной или начале по-
стаккреционной стадии (не позднее 4,44 млрд, лет т.н. - возраста древ-
нейших лунных пород-анортозитов) в результате падения на Землю круп-
ного астероида, то следствием такого удара должен был быть не только
выброс большого объема мантийного материала, но и дефлюидизация
сохранившейся ниже воронки выброса мантии, те. удаление летучих и
радиогенных изотопов, как это указывается в работе [Wichman, Schults,
1989]. По расчетам этих исследователей, глубина воздействия на Зем-
лю подобного удара для тела радиусом 100 км может составлять 100—
200 км, а в данном случае речь должна идти о теле на порядок большего
размера. Рассуждая далее, можно предположить, что эта дефлюидиза-
ция отрицательно повлияла на способность мантии на данном участке
поверхности Земли генерировать кору, в особенности кору сиалического
состава, и тем самым создала предпосылку для приобретения Землей ее
диссимметрии.
Другой, не менее, а, может, даже более правдоподобный вариант,
допускающий, что диссимметрия с разделением верхней твердой Земли
на континентальное и океанское полушария обозначилась лишь в конце
архея, связывает происхождение этой диссимметрии с эволюцией режи-
ма мантийной конвекции. Можно думать, что в доархее (гадее - Hadean,
62
Глава 5
как его называют некоторые западные исследователи вслед за П. Клау-
дом) и начале архея господствовала хаотическая конвекция, которая в
архее сменилась многоячейковой верхнемантийной, и лишь в конце ар-
хея возникла общемантийная одноячейковая конвекция [Монин, Сорох-
тин, 1982], при которой континентальное полушарие располагается над
ее нисходящими ветвями, а океанское - над восходящими (подробнее
см. гл. 6). С этого времени в области будущего Тихого океана должен
был существовать устойчивый восходящий поток разогретого вещества,
поднимающийся с границы мантия/ядро, фиксируемый и современной
сейсмической томографией и проявлявшийся, по крайней мере с начала
мела, в образовании в этой области “горячих пятен” [Zonenshain et al.,
1991] - суперплюмов [Larson, 1991], а для раннего мезозоя и палеозоя,
по палеомагнитным данным [Зоненшайн, Городницкий, 1978], в посто-
янном отсутствии континентальной коры.
Таковы две наиболее вероятные на сегодня версии происхождения
диссимметрии Земли, разделения ее верхних оболочек на континенталь-
ное и океанское полушария. Но нельзя умолчать о том, что в обеих вер-
сиях остается необъясненным тот факт, что подобная диссимметрия свой-
ственна и другим планетам земной группы - Марсу, Венере, Меркурию
и Луне, что должно свидетельствовать о какой-то общей причине и тре-
бовать более общего объяснения.
Из публикаций последних лет, посвященных тематике данной гла-
вы, заслуживает упоминания обстоятельная статья Дж. Роджерса “Исто-
рия континентов за последние три биллиона лет” [Rogers, 1996]. Приме-
чательно, что автор этой статьи, подобно русскому ученому Ч.Б. Борука-
еву [1985], предполагает, что первый суперконтинент образовался уже к
началу позднего архея, 3 млрд, лет т.н. Он называет его Ur и включает в
его состав континентальные блоки Калахари (Южная Африка), Земля
Королевы Мод, Нэпир, Вестфол Хиллс (Антарктида), Западный и Во-
сточный Дарвар, Бандара, Сингбум (Индия), Пилбара (Австралия). В
дальнейшей истории им усматривается последовательное формирование
континентов Арктики в составе Канады, Гренландии и Сибири (2,5-
2,0 млрд, лет т.н.), Атлантики в составе Западной Африки и восточной
Южной Америки (2,0 млрд, лет т.н.). Затем образуется континент Нена
за счет слияния Арктики и Балтики, а также Восточной Антарктиды^
(1,5 млрд, лет т.н.). Коллизия Нены, Ур и Атлантики создает суперконти-
нент Родиния к 1,0 млрд лет т.н. Распад Родинии между 1,0 и 0,5 млрд,
лет т.н. приводит к обособлению Восточной и Западной Гондваны и Лав-
Становление первой Пангеи и происхождение Панталассы...
63
разии. Вся эта сложная история резюмирована на воспроизводной ниже
диаграмме (рис. 9).
Рис. 9. Диаграмма, изображающая историю
главных континентов [Rogers, 1996]
ЛИТЕРАТУРА
Борукаев Ч.Б. Структуры докембрия и тектоника плит. Новосибирск:
Наука, 1985. 190 с.
Зоненшайн Л.П., Городницкий А.М. Палеозойские и мезозойские рекон-
струкции континентов и океанов И Геотектоника. 1978. № 2. С. 3-25
Монин А. С., Сорохтин О.Г. Тепловая эволюция Земли при объемном
механизме дифференциации ее недр И Докл. АН СССР. 1982. Т. 266,
№1. С. 63-67
Новикова А.С., Штрейс Н.А., Щипанский А.А. Гранит-зеленокаменные
области и проблема архейской океанической коры // Геотектоника.
1991. №4. С. 3-9
Сорохтин О.Г, Ушаков С.А. Глобальная эволюция Земли. М.: МГУ, 1991.
446 с.
Тейлор С.Р., Мак-Леннан СМ. Континентальная кора: ее состав и воз-
раст. М.: Мир, 1988. 383 с.
Щербак Н.П. Проблемы выделения дозеленокаменных ассоциаций ар-
хея // Ранняя кора: Ее состав и возраст. М.: Наука, 1991. С. 5-14
Щербак Н.П., Бартницкий Е.Н, Бибикова Е.В. и др. Ранняя кора Укра-
инского щита И Ранняя кора: Ее состав и возраст. М.: Наука, 1991.
С. 122-150
64
Глава 5
Bibikova Е. V., Williams l.S. Ion microprobe U-Th-Pb isotopic studies of zircons
from three early Precambrian areas in the USSR // Precambr. Res. 1990.
Vol. 48. P. 203-221
Danu Venkata S.P., Ramakrishnan M., Mahabaleswar B. Sargur-Dharwar
relationship around the komatiite-rich Jayachamarajapura greenstone belt
in Karnataka// J. Geol. Soc. Ind. 1991. Vol. 38. P. 577-592
De Wit M., Boering C., Hart RJ. et al. Formation of an Archean continent //
Nature. 1992. Vol. 357. P. 553-562.
Glikson A.Y. Precambrian sial-sima relations: Evidence for Earth expansion
//Tectonophysics. 1980. Vol. 63. P. 193
Goodwin A.M. Precambrian geology. L.; San Diego: Acad, press, 1991.
666 p.
Hoffrnan P.F. On accretion of granite-greenstone terranes // Greenstone, gold
and crustal evolution. St Johns (Newfoundland): Geol. Assoc. Canada,
.1990. P. 32-45.
Kroner A. Contrasting evolution of Early and Late Archean granite-greenstone
terrains // Terra abstracts. 1991. Vol. 3. N 1. P. 198
Kusky T Evidence for Archean ocean opening and closing in the southern
Slave province // Tectonics. 1990. Vol. 9, N 6. P. 1533-1563
Larson K.L. Latest pulse of the Earth: Evidence for a mid-Cretaceous
superplume // Geology. 1991. Vol. 19. P. 547-550
Malkin В. V., Shemenda A.I. Mechanism of rifting: Considerations based on
results of physical modelling and on geological and geophysical data //
Tectonophysics. 1991. Vol. 199. P. 193-210
Maruyama S., Masuda T, Nohda S., Appel R The earliest on Earth records of
oceanic and continental crusts from 3.8 Ga accretionary complex, Isua,
Greenland // XXIX Intern. Geol. Congr.: Abstr. Pap Wash. (D.C.). 1992.
Vol. l.P. 5
McLennan S.M., Taylor S.K. Sedimentary rocks and crustal evolution: Tectonic
setting and secular trends //J. Geol. 1991. Vol. 99, N l.P. 1-21
PidgeonR.T., Wilde SA. The distribution of3.0Gaand 2.7 Ga volcanic episodes
in the Yilgarn Craton of Western Australia// Precambr. Res. 1990.
Vol. 48. P. 309-325
Rogers J. J W A history of the continents in the past three billion years // J.
Geol. 1996. Vol. 104. P. 91-107
Thurston PC., Chlivers K.M. Secular variations in greenstone sequence
development emphasizing Superior Province, Canada // Precambr. Res.
1990. Vol. 46, N 1/2. P. 21-58.
Становление первой Пангеи и происхождение Панталассы... 65
Windley B.F. The evolving continents. 2nd ed. N.Y. etc.: Wiley, 1984. 885 p.
Wichman R. W, Schults P.H. Sequence and mechanism of deformation around
the Hellas and Isidis impact basins on Mars // J. Geophys. Res. 1989.
Vol. 94. N 12. P. 17356-17357
Zonenshain L.P., Kuzmin M.I., Bocharova N.Yu. Hot field tectonics //
Tectonophysics. 1991. Vol. 197. P. 215-250
Глава 6
TEKTOI
191
< АПЛ ИТ:
КОГДА И КАК ОНА НАЧАЛАСЬ?
В настоящее время считается общепризнанным, что основу динами-
ки Земли составляет тепло, выделяющееся в ее недрах, что наша плане-
та - тепловая машина и что тепло вызывает конвекцию во внешнем ядре
и мантии Земли, ответственную за вертикальные и горизонтальные пе-
ремещения ее верхней твердой оболочки - литосферы. Такие перемеще-
ния достаточно удовлетворительно описываются концепцией, получив-
шей название “тектоника литосферных плит” (или “тектоника плит”) и
завоевавшей почти всеобщее признание.
Напомним, что, согласно данной концепции, литосфера представля-
ет собой верхнюю твердую и относительно жесткую и хрупкую оболоч-
ку Земли, включающую кору и самую верхнюю часть мантии. Литосфе-
ра разделена на небольшое число крупных и средних по размерам плит,
которые перемещаются друг относительно друга в горизонтальном на-
правлении. Эти перемещения бывают троякого рода: раздвиг, поддвиг
одних плит под другие, сдвиг.
Раздвиг осуществляется в рифтовых зонах срединно-океанских хреб-
тов; это - так называемые оси спрединга, или дивергентные границы
плит. Поддвиг происходит вдоль осей глубоководных желобов, сопро-
вождающих вулканические островные дуги или края континентов, над-
строенные вулкано-плутоническими поясами; это - конвергентные гра-
ницы плит. Третий тип перемещения осуществляется путем скольжения
плит друг относительно друга по вертикальным поверхностям в лате-
ральном направлении; это - трансформные границы плит.
Отодвигающиеся от осей спрединга плиты затем испытывают погру-
жение в более глубокую мантию - субдукцию по наклонным поверхно-
Тектоника тит: когда и как она началась?
67
стам, падающим под вулканические дуги или континенты. Эти поверх-
ности являются одновременно сейсмофокальными, ибо вдоль них про-
исходит основная масса землетрясений, в том числе глубоких. Оси спре-
динга также сейсмичны, но их характеризует неглубокая и слабая сейс-
мичность.
Рифтовые зоны срединно-океанских хребтов, расширяющиеся в про-
цессе спрединга, заполняются новообразованной корой океанского типа,
наращивая раздвигающиеся литосферные плиты. В зонах субдукции, на-
против, происходит их деструкция за счет переплавления погружающейся
океанской коры и литосферы в целом, но продукты этого плавления -
магма и флюиды, взаимодействуя с литосферой нависающей плиты, про-
дуцируют магму известково-щелочного типа, созидающую вулканиче-
ские островные дуги и краевые вулкано-плутонические пояса континен-
тов. Этот вулканизм составляет основную, и наиболее впечатляющую,
часть земного вулканизма. Оси спрединга тоже представляют собой вул-
канические зоны, но они питаются толеит-базальтовой магмой неглубо-
кого происхождения, их вулканизм носит в основном подводный и более
спокойный характер, проявляясь вдоль огромного числа мелких цент-
ров. Однако суммарно он также имеет важнейшее значение, создавая
океанскую кору.
Литосферные плиты на всем своем пути от осей спрединга к зонам
субдукции оказываются расколотыми в поперечном направлении транс-
формными разломами, вдоль которых и происходит латеральное пере-
мещение ограниченных ими отрезков плит и благодаря которым оси спре-
динга расчленены на смещенные друг относительно друга в плане от-
резки. На участках между этими сегментами срединных хребтов
трансформные разломы сейсмичны; вдоль них располагаются и отдель-
ные центры вулканических извержений. Принимается, что горизонталь-
ное перемещение плит вызывается конвективными течениями в мантии
Земли, обусловленными ее разогревом, причины которого будут рассмот-
рены в главе 15.
Непосредственно под литосферой располагается частично расплав-
ленная, вернее подплавленная (на несколько процентов), и поэтому ме-
нее вязкая, относительно пластичная оболочка Земли - астеносфера. Под
осями спрединга в ней локализуются восходящие течения. Они-то и вы-
зывают образование срединно-океанских хребтов с их рифтовыми зона-
ми и вулканизмом, под зонами субдукции - нисходящие течения, а в про-
межутке - горизонтальные ветви конвективных ячей (рис. 10), которые
68
Глава 6
Рис. 10. Общая схема тектоники плит
1 - континентальная кора; 2 - океанская кора; 3 - литосферная мантия океанов;
4 - астеносфера; 5 - граниты; 6 - литосферная мантия континентов; 7 - конвективные
течения в мантии и направление смещения плит
и увлекают плиты, обусловливая их перемещение от осей спрединга к
зонам субдукции. Дополнительными силами, вызывающими перемеще-
ние плит, являются силы расталкивания в зонах спрединга, а также гра-
витационное расползание от осей спрединга и особенно затягивание в
зоны субдукции вследствие утяжеления на пути к ним при остывании и
перехода базальта в эклогит при погружении (эклогит значительно плот-
нее и тяжелее не только базальта, но и мантийного перидотита).
Такова общая схема тектоники плит, в главных чертах впервые наме-
ченная в 1967-1968 гг. и с тех пор в основных своих, изложенных выше
положениях получившая полное подтверждение.
Современная картина перемещения литосферных плит, их современ-
ная кинематика, выявленная Кс. Ле Пишоном в 1968 г., затем уточнен-
ная Дж. Минстером и Т. Джорданом, а также независимо С.А. Ушако-
вым и, наконец, в модели NUVEL-1 в последние годы, ныне убедитель-
но подтверждены и космогеодезическими исследованиями.
Не менее убедительно восстановлена картина перемещения плит за
последние 160 млн. лет благодаря картированию систем линейных маг-
нитных аномалий океанского ложа и глубоководному бурению. На кон-
тинентах расшифровке палеокинематики плит способствовало установ-
ление идентичности офиолитовых комплексов складчатых систем и оке-
анской коры (выяснилось, однако, что эта кора может принадлежать как
собственно океанам, так и их окраинным морям). В качестве других мар-
Тектоника плит: когда и как она началась?
69
керов взаимодействия плит с успехом используются вулканические дуги,
вулкано-плутонические пояса, парные метаморфические пояса, в част-
ности метаморфиты низкой температуры и высокого давления. Все они
приурочены к древним зонам субдукции, в то время как офиолиты - к
зонам спрединга.
Таким образом, выясняется, что современная тектоника плит “рабо-
тает” уже по крайней мере 160 млн. лет, т.е. со средней юры, и примерно
в том же ритме. А как же обстояло дело в более ранние геологические
эпохи?
То, что начиная с позднего протерозоя, с 1-0,85 млрд, лет т.н., мы
обнаруживаем в геологической летописи континентов полный набор ха-
рактерных признаков тектоники плит - офиолиты, вулканические дуги,
вулкано-плутонические пояса, глаукофановые сланцы (метаморфиты
низкой температуры и высокого давления) - убедительно свидетельству-
ет о действии того же плитно-тектонического механизма на протяжении
этого интервала геологического времени. Правда, восстановление кине-
матики плит для данного интервала уже невозможно с той точностью,
которая достигнута для последних 160 млн. лет, поскольку линейные
магнитные аномалии более древнего возраста, как правило, не сохрани-
лись. Поэтому ведущим методом таких реконструкций становится па-
леомагнитный метод с привлечением данных палеоклиматологии и па-
леобиогеографии [Зоненшайн, Городницкий, 1978]. Тем не менее с при-
менимостью тектоники плит к палеозою и позднему протерозою
согласны, пожалуй, все геологи, геофизики и геохимики. Несколько иное
отношение к еще более ранним геологическим временам, хотя опреде-
ленные и даже весьма ощутимые сдвиги в этом смысле в мировоззрении
специалистов наметились в последние годы.
Как ни странно, но наименее достоверной информацией мы распо-
лагаем в настоящее время по непосредственно предшествующему толь-
ко что рассмотренному позднепротерозойско-фанерозойскому интерва-
лу среднепротерозойскому этапу (1,65-1 (0,85) млрд, лет т.н.). Для этого
этапа имеются лишь отдельные указания на присутствие офиолитов на
крайнем юге Африки, в Юго-Восточном Китае, на Урале; вулкано-плу-
тонических поясов - в Скандинавии и Прибайкалье; глаукофановых слан-
цев - в Юго-Восточном Китае. Возможно, это связано с тем, что в сред-
нем протерозое или по крайней мере в течение значительной части этого
эона основная масса континентальной коры слагала один или неболь-
шое число суперконтинентов, и соответственно число океанских бассей-
70
Глава 6
нов, с их осями спрединга и окаймленных зонами субдукции, также было
ограниченным.
Гораздо более определенными данными мы располагаем теперь в
отношении раннего протерозоя (2,5-1,65 млрд, лет т.н.), особенно его
второй половины, начиная с 2-1,9 млрд, лет т.н. Известные для этого
времени складчатые системы и породившие их морские бассейны обна-
руживают разительное сходство в своем строении и развитии с позднеп-
ротерозойско-фанерозойскими. В ряде систем: на Канадском щите -
Трансгудзонская, на Балтийском щите - Свекофеннская, в Индии - Ара-
валли-Делийская и Северо-Сингбумская системы - установлены доста-
точно типичные офиолиты; в некоторых предполагается их присутствие.
Начинают обнаруживаться и глаукофановые сланцы, например в Китае.
В других случаях роль метаморфитов высокого давления может при-
надлежать более высокотемпературным образованиям - эклогитам. Из-
вестны вулканические дуги и вулкано-плутонические пояса с крупными
батолитами гранитоидов, в частности в системах Уопмей, Трансгудзонс-
кой и Лабрадор на Канадском щите, в Свекофеннской на Балтийском и
др. Вместе с тем в некоторых раннепротерозойских складчатых систе-
мах офиолитов не обнаружено, и имеющиеся признаки указывают на их
энсиалическое заложение. Это относится в первую очередь к Австралии
и Африке. Однако отсутствие офиолитов на поверхности еще не означа-
ет; что в этих системах в начале их развития не было новообразования
океанской коры - она могла быть полностью поглощена в зонах субдук-
ции или скрыта под надвинутыми пластинами шарьяжей. В противном
случае остается предположить, что при заложении этих подвижных сис-
тем дело ограничилось утонением и переработкой сиалической коры,
возможно с рассеянным спредингом, т.е. возникла кора переходного,
субокеанского типа.
В общем имеющихся данных уже вполне достаточно, чтобы утверж-
дать, что тектоника плит действовала и в раннем протерозое, но с неко-
торыми отличиями от позднепротерозойско-фанерозойской. Они состо-
яли прежде всего в малом размере плит и соответственно в их большем
числе и большей длине осей спрединга [Никишин, Хайн, 1991]. Вероят-
на также более ограниченная ширина океанских и тем более субокеанс-
ких бассейнов, что затрудняет ее установление палеомагнитным мето-
дом. Словом, это была “тектоника малых плит”, по выражению канадс-
кого геолога А.М. Гудвина [Goodwin, 1991]. При этом контуры этих плит
и разделявших их осей спрединга образовывали характерную полиго-
Тектоника плит: когда и как она началась?
71
Рис. 11. Принципиальная схема
соотношения гранулитовых поясов с
гранит-зеленокаменными областями
1 - гранулитовые (гранулит-гней-
совые) пояса; 2 - гранит-зеленокаменные
области
наивную, близкую к гексагональной решетку, свидетельствующую о про-
явлении в подлитосферной мантии, т.е. прежде всего в астеносфере, мел-
коячеистой конвекции типа Рэлея-Бенара. Такая решетка наиболее от-
четливо выражена в Австралии и Африке (рис. 11).
Еще бблыпую специфику тектонической структуры и развития обна-
руживает архей. Ведущими структурами среднего и позднего архея яв-
ляются так называемые зеленокаменные пояса. В меньшем количестве и
в несколько менее типичном виде они существовали и в раннем проте-
розое в Западной Африке, на севере Южной Америки, в осевой зоне
Трансгудзонской системы Канады. Многие исследователи указывают на
большое сходство нижней части разрезов зеленокаменных поясов, сло-
женных толеитовыми базальтами и высокомагнезиальными базитами и
ультрабазитами - коматиитами, с силлами и дайками тех же пород и бо-
лее поздних офиолитов, и иногда применяют последний термин к этим
образованиям. Но, видимо, все же более правы те геологи, которые воз-
держиваются от этого или пользуются более осторожным названием “про-
тоофиолиты”. Что касается вулканитов, слагающих среднюю и верхнюю
части разреза выполнения зеленокаменных поясов, то в очень многих из
поясов они вполне сходны с известково-щелочными сериями молодых
вулканических дуг. Заканчивают свое развитие зеленокаменные пояса в
условиях интенсивного сжатия, часто приводящего к образованию слож-
ной складчато-надвиговой структуры, опять-таки напоминающей струк-
туру молодых подвижных систем.
72
Глава 6
Учитывая все эти особенности, большинстве современных исследо-
вателей склоняются к тому, что плитно-тектоническая модель развития
вполне применима и к раннедокембрийским зеленокаменным поясам.
Отсюда появление основанных на этой модели реконструкций для мно-
гих щитов древних платформ - Канадского, Балтийского, Каапвальского
(Южная Африка) и др.
Вместе с тем следует отметить, что для ряда зеленокаменных поясов
существуют очевидные признаки их заложения на коре континентально-
го (протоконтинентального) типа-стратиграфическое налегание, базаль-
ные конгломераты, кварцевые или аркозовые песчаники в низах разреза
с более древними обломочными цирконами. Это касается Канады, Юж-
ной Африки, Австралии, Индии и свидетельствует о том, что если зеле-
нокаменные пояса и начинали развиваться на коре океанского типа, то
эта кора была новообразованной и процесс начинался с континенталь-
ного рифтогенеза (см. гл. 5).
Приходится признать далее, что не во всех зеленокаменных поясах
вулканизм средней и поздней стадий развития отвечает островодужно-
му. В ряде поясов вулканиты среднего состава отсутствуют и вулканизм
приобретает бимодальный характер, более свойственный континенталь-
ным рифтам. По мнению А. Крёнера [Кгбпег, 1991], основанному на при-
мерах Южной Африки (пояс Барбертон) и Западной Австралии (блок
Пилбара), такой характер был типичен для среднеархейских зеленока-
менных поясов, в то время как позднеархейские развивались уже по плит-
но-тектоническому сценарию. Если эта точка зрения справедлива, то надо
признать, что развитие литосферы по плитно-тектоническому пути
пошло начиная с позднего архея, т.е. примерно с 3 млрд, лет назад.
Но число примеров, использованных А. Крёнером, слишком невелико;
другие же среднеархейские пояса не вполне подтверждают его вывод
(см. гл. 5).
Так или иначе, можно считать, что тектоника плит заработала на Земле
не позднее 3,5-3 млрд, лет т.н. Но архейская тектоника плит отличалась
от фанерозойской еще больше, чем раннепротерозойская [Новикова и
др., 1991; Abbott, Hoffman, 1984]. Размер плит был еще меньшим, число
их еще большим, как и длина осей спрединга, но сам спрединг и пред-
шествующий ему рифтинг могли протекать в существенно иной форме,
чем в более молодые эпохи, - рифтинг мог быть пластичным, а спрединг
проявляться в ограниченных масштабах и часто в диффузной форме.
Мощная и тяжелая вследствие участия коматиитов кора должна была
Тектоника плит: когда и как она началась?
73
быстро подвергаться субдукции и быстрому плавлению в горячей ман-
тии, что способствовало образованию ТТГ-гранитоидов1. Соответствен-
но бассейны зеленокаменных поясов должны были быть относительно
короткоживущими. Такую тектонику плит можно назвать мультиплит-
ной, или эмбриональной.
До 3,5 млрд. летт.н. Земля переживала доплитно-тектонический этап
своего развития. Конкретно об условиях данного этапа мы можем пока
только догадываться. В какой-то мере этому способствует сравнение
с Венерой, развитие которой, видимо, остановилось на этой стадии.
Ее геодинамика определяется прежде всего мантийными струями (плю-
мами), которые на плитно-тектоническом этапе развития Земли являлись
важным элементом внутриплитной тектоники, но второстепенным в гло-
бальном аспекте. Другим таким элементом служат внутриконтиненталь-
ные рифты, которые, как отмечалось выше, возможно, играли домини-
рующую роль в тектонике среднего архея. Эти структуры растяжения
могли осложнять поднятия, создаваемые мантийными струями, в то вре-
мя как на периферии таких поднятий возникали структуры сжатия - же-
лоба и складчатые системы, что и наблюдается в современной структуре
Венеры.
На еще более ранней стадии, между 3,9 и 4,2 млрд, лет т.н., весьма
существенную роль в развитии верхних оболочек Земли играла интен-
сивная метеоритная бомбардировка, которая и могла определять лока-
лизацию мантийных струй, пробивая первичную, вероятно, в основном
базальтовую кору (см. гл. 2). Эта кора, как уже говорилось, начала фор-
мироваться как продукт остывания и кристаллизации магматического
океана, существовавшего на Земле в первые сотни миллионов лет ее
истории.
Таким образом, развитие верхних оболочек Земли шло на доплитно-
тектонической стадии от магматического океана через метеоритные кра-
теры, горячие точки, континентальные рифты, а на плитно-тектоииче-
ской - от эмбриональной мультиплитной тектоники позднего архея
через тектонику малых плит раннего протерозоя к полномасштабной
тектонике плит позднего протерозоя - фанерозоя.
1 По другим представлениям, изложенным в главе 2, эта кора вследствие серпенти-
низации или большой мощности была, напротив, не способна к субдукции и испы-
тывала противоположный процесс - обдукцию, с нагромождением более молодых
се пластин на более древние.
74
Глава 6
Особый интерес в этой эволюции вызывает переход от преоблада-
ния плюм-тектоники к преобладанию плейт-тектоники, совершившийся
на Земле где-то к середине архея, а на Венере, вероятно, 0,5 млрд, лет
назад (именно этот возраст, по новейшим данным, имеет наблюдаемая
ныне структура поверхности Венеры). Можно предположить, что этот
переход был связан с охлаждением литосферы и появлением в ней ус-
тойчивой сети регматических трещин, которые определили контуры бу-
дущих плит и вдоль которых стали растекаться мантийные, астеносфер-
ные потоки, ранее сфокусированные в узлах этой регматической сети.
Так могла возникнуть вместо “точечной” адвекции система мелкоячеис-
той конвекции, характерная для раннего докембрия, начиная с середины
(условно) архея.
Совсем недавно было сделано два открытия, имеющие непосред-
ственное отношение к затронутой в настоящей главе проблеме. Практи-
чески одновременно в двух районах мира в верхнем архее были обнару-
жены полные офиолитовые комплексы, со всеми полагающимися ком-
понентами, включая пластинчатые дайки (sheeted dykes). Один из этих
районов - Северная Карелия [Щипанский и др., 2001], другой - Север-
ный Китай [Kusky et al., 2001]. Возраст этих офиолитов оказался равным
2780 млн. лет - карельского и 2505 млн. лет - китайского. После этих
открытий не остается сомнений в том, что по крайней мере спрединг в
позднем архее проявлялся в своей типичной форме. Но в общем то же
можно утверждать и в отношении субдукции. Авторы карельского от-
крытия считают карельские офиолиты по их геохимическим особенно-
стям супрасубдукционными, а на Канадском щите сейсмическими ис-
следованиями установлено существование реликта зоны субдукции, на-
клоненной от зеленокаменного пояса Абитиби под смежную с севера
магматическую дугу Опатика [Calvert, Ludden, 1999]. Все это подтверж-
дает сделанный в основной части главы вывод, что тектоника плит нача-
ла “работать” не позднее начала позднего архея.
Это не значит, однако, что позднеархейская тектоника плит была пол-
ностью идентична более поздней, хотя бы даже раннепротерозойской.
Во-первых, сколько-нибудь крупные плиты отсутствовали - наблюдалось
нечто похожее на современную обстановку запада Тихого океана - чере-
дование вулканических дуг и узких бассейнов с океанской корой - зеле-
нокаменных поясов. Поэтому справедливо наименование таких плит
миниплитами [Минц, 1998], а самой тектоники - мультиплитной (см.
выше). Во-вторых, все более популярным становится представление о
Тектоника плит: когда и как она началась?
75
том, что вследствие более высокой температуры мантии ее плавление
было более энергичным и мощность выплавленной юры более значи-
тельной, что делало ее сопоставимой с более молодыми океанскими пла-
то. Аккреция последних и приводила к становлению гранит-зеленока-
менных областей (рис. 12).
Что же касается среднего архея, то вопрос о его геодинамическом
режиме по-прежнему не находит однозначного решения. Пожалуй, боль-
шинство исследователей не склонно утверждать, что в это время уже
проявлялась полномасштабная тектоника плит. Так, южноафриканский
I. Образование дуги и океанских плато
IV. Растяжение и последующее изменение нижней коры
Раннепротерозойское
термальное событие
Рис. 12. Первичные процессы образования коры над наклоненной к северу
зоной субдукции, обнаруженной сейсмическим профилем через плутонический
пояс Опатика [Calvert, Ludden, 1999]
Присутствие коматиитов на юге (зеленокаменного пояса) Абитиби указывает на
вероятное взаимодействие (океанской) коры с одним или несколькими мантийными
плюмами
О 5 10 м
I I...........1
Глава 6
Рис. 13. Схематический меридиональный профиль кремнисто-турбидитной единицы
и реконструированная литостратиграфия [Komiya et al., 1999]
Обратить внимание на изменения от базальта и кремней через глинистые кремни, до турбидитов, включая конгломераты,
и погрубение кверху осадочной последовательности
Тектоника плит: когда и как она началась?
77
ученый М. де Вит [De Wit, 1998] признает проявление спрединга, но от-
рицает субдукцию, что уже отмечалось в главе 3. Как говорилось там же,
в нашей стране В.М. Ненахов [2001] склоняется к модели, исключаю-
щей и субдукцию, и спрединг.
Между тем группа японских исследователей, недавно очень деталь-
но изучившая известный раннеархейский комплекс юго-западной Грен-
ландии, выделила здесь аналоги офиолитового комплекса и аккрецион-
ной призмы, в которой они принимают участие [Komiya et al., 1999]. Это
позволило им разработать плитно-тектоническую модель эволюции ре-
гиона (рис. 13). Другие исследователи [Nutman et al., 2001] иначе интер-
претируют структуру этого комплекса, полагая, что он состоит из нахо-
дящихся в тектоническом контакте пластин отложений, первоначально
не составлявших единую последовательность. Однако и эти исследова-
тели считают эту структуру продуктом плитно-тектонических процес-
сов, но не субдукции, а коллизии.
В начале главы отмечалась редкость находок офиолитов в среднем
протерозое. В настоящее время их список пополнился незначительно -
открытием офиолитов в Центральной Африке - в поясе Ирумид в бас-
сейне р. Замбези, и предполагаемых офиолитов - в Гренвильском поясе.
Однако убедительным свидетельством проявления субдукции в среднем
протерозое служит развитие мощных вулкано-плутонических поясов
окраинно-континентального типа - к упомянутым ранее Транссканди-
навскому и Акитканскому следует добавить мощные пояса подобного
типа на юге Лаврентии и западе Амазонии. Вполне возможно, что все
они составляли лишь звенья надсубдукционного обрамления суперкон-
тинентов, существовавших на протяжении среднего протерозоя.
Между тем множатся находки офиолитов и островодужных маг-
матитов, относящихся к рубежу среднего и позднего протерозоя, т.е.
—1,0 млрд, лет т.н. Данные об офиолитах этого возраста появились, в
частности, касательно Восточного Саяна; они имеются и в отношении
юго-восточного Китая. Значение этих данных еще не вполне выяснено -
маркируют ли они границы суперконтинента Родиния эпигренвильского
возраста или датируют уже начало ее распада.
Итак, зародившись в архее, тектоника плит эволюционировала на
протяжении раннего и среднего протерозоя, пока уже в начале или даже
к началу позднего протерозоя не приобрела свой современный стиль
проявления.
78
Глава 6
ЛИТЕРАТУРА
Зоненшайн Л.П., Городницкий А.М. Палеозойские и мезозойские рекон-
струкции континентов и океанов И Геотектоника. 1978. № 2. С. 3-25
Минц М.В. Архейская тектоника миниплит И Геотектоника. 1998. № 6.
С. 4-19
Никишин AM., Хайн В.Е. О характере изменения суммарной длины сре-
динно-океанских хребтов в ходе геологической истории Земли И ДАН
СССР. 1991. Т. 320. № 1. С. 157-161
Ненахов В.М. Геодинамические особенности раннего архея И Геотекто-
ника. 2001. № 1. С.3-15
Новикова А.С., Штрейс Н.А., Щипанский А.А. Гранит-зеленокаменные
области и проблема архейской океанической коры // Геотектоника.
1991. №4. С. 3-9
Щипанский А.А., Бабарина И.И., Крылов КА. Древнейшие офиолиты на
Земле: позднеархейский суперсубдукционныйй комплекс Ириногор-
ской структуры Северокарельского зеленокаменного пояса И Докл.
РАН. 2001. Т. 377. № 3. С. 376-380
Abbott D.H., Hoffinan S.E. Archean plate tectonics revisited. 1. Heat flow,
spreading rate and the age of the subducting lithosphere and their effect
on the origin and evolution of the continents // Tectonics. 1984. Vol. 3.
P. 429-448
Calvert A. J., Ludden J.N. Archean continental assembly in the southern
Superior province of Canada// Tectonics. 1999. Vol. 18. N 3. P. 417-429
De Wit MJ On Archean granites, greenstones, cratons and tectonics: does the
evidence demand a verdict? // Precambr. Res. 1998. Vol. 91. P. 181-226
Goodwin AM. Precambrian Geology. L. etc.: Academic press, 1991. 666 p.
Komiya T et al. Plate-tectonics at 3,8-3,7 Ga: fields evidence from area,
southern west Greenland // J. Geol. 1999. Vol. 107. N 5. P. 515-554
Kroner A. Contrasting evolution of Early and Late Archean granite-gneiss-
greenstone terrains // Terra Abstr. 1991. Vol. 3. N 1. P. 198
Kusky T.M., Tucker R.D., Li J. The Archean Dongwanzi ophiolite complex
North China Craton: 2505 billion-year old oceanic crust and mantle //
Science. 2001. Vol. 292. P. 1441-1445
Nutman A.P., Friend C.R.L., Bennett V.C. Review of the oldest (4400-3600
Ma) geological and mineralogical record: Glimpses of the beginning //
Episodes. 2001. Vol. 24. N 2. P. 93-102
Глава 7
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ГРАНИТОВ
Присутствие гранитов составляет основное отличие континенталь-
ной коры от океанской и вместе с тем земной коры от коры всех других
планет земной группы и нашего спутника - Луны. Поэтому проблема
происхождения гранитов имеет кардинальное значение в геологии и ак-
тивно обсуждается на протяжении 200-летней ее истории, с тех пор как
Дж. Хаттон доказал их в принципе изверженный, магматический гене-
зис. Частично эта проблема была затронута уже в главе 3 в связи с воп-
росом об условиях образования протоконтинентальной коры в архее. Но
пик гранитообразования приходится на конец архея, около 2,5 млрд, лет
назад, когда он привел к становлению уже вполне зрелой континенталь-
ной коры и первого, более или менее достоверно установленного супер-
континента - Пангеи 0 (см. гл. 5). И в дальнейшем гранитизация была
основным механизмом роста континентальной коры, продолжавшегося
до современной эпохи, хотя и в более замедленном темпе. При этом про-
цессы гранитообразования в поздне- и послеархейское время отличались
от более ранних и требуют специального рассмотрения. Однако понача-
лу я не собирался это делать, потому что вопрос, во-первых, сугубо пет-
рологический и, во-вторых, более или менее проясненный в ходе новей-
ших исследований. И все же после некоторых размышлений и ознаком-
ления с литературой изменил свое решение, так как убедился, что
проблема сохраняет свою дискуссионность. Тем более что появление в
последние годы в печати ряда обзорных статей В.А. Жарикова [1987],
Н.Л. Добрецова и А.А. Шафеева [Dobretsov, Shafeev, 1991], Р.Н. Соболе-
ва [1992], У. Питчера [Pitcher, 1987], Дж. Уитни [Whitney, 1988], П. Ма-
ннара и Ф. Пикколи [Maniar, Piccoli, 1989] и некоторых других облегча-
ет мою задачу.
80
Глава 7
Отправным рубежом в современной дискуссии по проблеме проис-
хождения гранитов можно считать, как отметил Дж. Уитни, конец 50-х
годов, когда закончилась “великая битва” между магматистами и мета-
соматчс.ами-трансформистами, т.е. сторонниками происхождения гра-
нитов путем кристаллизации из расплава, эвтектики, с одной стороны, и
их происхождения путем метасоматического замещения пород-предше-
ственников без их расплавления, путем диффузии ионов кремнезема и
щелочей - с другой. Как отмечают, уже на современном уровне знаний,
Н.Л. Добрецов и А.А. Шафеев, наилучшим доказательством “расплав-
ного” происхождения гранитов служит изучение содержащихся в них
включений, гомогенизация которых приводит к температурам и давле-
ниям, вполне соответствующим теоретически и экспериментально уста-
новленным для системы гранит-Н2О-СО2.
Еще в конце 40-х годов Г. Рид [Read, 1956] сформулировал свое зна-
менитое положение о том, что “есть граниты... и граниты”, т.е. граниты
могут быть разного типа и, следовательно, разного происхождения. Зна-
чительно позже, уже в 70-е годы, австралийские петрологи Б. Чеппелл и
А. Уайт [Chappell, White, 1974] выделили два типа гранитоидов в палео-
зойском складчатом поясе Юго-Восточной Австралии. Это получившие
широкую известность типы I и S. К ним вскоре стали добавлять другие
типы - М [Pitcher, 1987], A [Loiselle, Wones, 1979], Н [Castro et al, 1991],
основываясь на обстановке и условиях образования, особенностях ми-
нералогического и химического состава.
С появлением тектоники плит подобные классификации стали увя-
зываться с геодинамическими обстановками, описываемыми этой кон-
цепцией. Наиболее последовательно это было сделано в 1989 г. амери-
канскими учеными П. Маннаром и Ф. Пикколи [Maniar, Piccoli, 1989],
которые выделили семь групп гранитоидов: 1) островодужные, 2) кон-
тинентальных дуг (т.е. окраинно-континентальных поясов андского типа
- В.Х.), 3) континентально-коллизионные, 4) посторогенные (посткол-
лизионные - В.Х.), 5) рифтогенные (континентальные - В.Х.), 6) связан-
ные с континентальными эпейрогенными поднятиями, 7) океанские пла-
гиограниты (приуроченные к океанским рифтам - ВХ.). Легко видеть,
что группы 1-4 отвечают зонам конвергенции литосферных плит, груп-
па 7 - зонам их дивергенции, группы 5 и 6 - внутриплитным обстанов-
кам. Сами авторы объединяют группы 1-4 в категорию орогенных, а 5-
7 - анорогенных. Близкие подразделения мы находим и у русских авто-
ров, в частности Л.П. Зоненшайна и М.И. Кузьмина.
Происхождение гранитов
81
Еще одно важное обстоятельство было осознано в последние деся-
тилетия - это закономерная смена типов гранитоидов в истории Земли
[Хайн, 1990]. Именно исходя из исторической последовательности и бу-
дет дальше рассматриваться происхождение этих типов.
Самым древним типом гранитоидов должны были быть океанские
плагиограниты - граниты океанских зон спрединга, срединно-океан-
ских хребтов. Древнейшие из них практически не вычленены из других
раннедокембрийских образований, и это неудивительно, ибо в рифто-
вых зонах срединных хребтов современных океанов плагиограниты пред-
ставляют собой редкость, как и в ископаемых офиолитовых комплексах.
Между тем происхождение этого типа гранитоидов наиболее очевидно -
они являются конечным продуктом дифференциации толеит-базальто-
вой магмы, образующейся в основании зон спрединга. Однако доля пла-
гиогранитов среди образований океанской коры и отвечающих ей офио-
литов крайне невелика, и именно поэтому возможность формирования
основной массы протоконтинентальной коры непосредственно за счет
частичного плавления мантии ныне отвергается (см. гл. 3).
Проблема происхождения гораздо более значимой ассоциации тона-
лит-трондьемит-гранодиорит (ТТГ), образующей комплекс так называ-
емых серых гнейсов, т.е. протоконтинентальную кору, была уже доволь-
но подробно рассмотрена там же, и здесь уместно напомнить лишь неко-
торые основные моменты. В настоящее время практически существует
согласие относительно того, что эта ассоциация натровых гранитоидов
представляет собой продукт вторичного плавления мафических образо-
ваний протоокеанской коры (метабазальтов, амфиболитов). Такому плав-
лению должно было способствовать ее погружение на определенную
глубину, но характер тектонического процесса, его вызвавшего, остает-
ся весьма спорным. Либо это простое погружение - “сагдукция”, веро-
ятно, под действием плюма, возможно, спровоцированного падением
метеорита или даже астероида; либо субдукция, причем пологая (“пла-
вучая”, по выражению Д. Эбботт), молодой, с возрастом до 20 млн. лет,
коры, чему имеются современные аналоги в Кордильерах обеих Аме-
рик; либо, наконец, обдукция толстой и потому “непотопляемой” [Abbott,
Drury, 1994], несубдуцируемой коры с нагромождением ее пластин. Вы-
бор между этими альтернативами пока затруднителен, и вопрос подле-
жит дальнейшему исследованию. Но он касается в основном раннего и
отчасти среднего архея, что же касается позднего архея, то тут преиму-
щество субдукционного механизма становится очевидным.
82
Глава 7
В конце архея появляются и далее играют основную роль калиевые
гранитоиды. Их приуроченность к конвергентным границам плит оче-
видна, но также очевидно и некоторое разнообразие. Одни из них встре-
чаются в энсиматических вулканических дугах; это - собственно остро-
водужные гранитоиды. Источником магмы, за счет которой они образо-
вались, являются расплавленные океанская кора и перекрывающий ее
клин литосферной мантии (рис. 14). Гидратированная океанская кора
а
Рис. 14. Схема М. Атертона [Atherton, 1994]
Показывает обстановку: а - герцинского метаморфизма высокой температуры -
низкого давления в Пиренеях недалеко от массива Труа Сеньер. Глубокая циркуляция
морской воды достигает дна палеозойского бассейна с анатексисом при 700°С до глу-
бины 12 км. Горячая воздымающаяся астеносфера разогревает нижнюю кору в доста-
точной степени, чтобы произвести крупные тела гранитной магмы (по Уикхему и Ок-
сбургу, с изменениями); б-меловой-третичный краевой бассейн и Береговой батолит
Перу. Расщепление коры, форма бассейна и батолита показаны по геофизическим дан-
ным (Джонс, 1981 г.), а растяжение литосферы и выполнение бассейна - по данным
М. Атертона и Уэбба (1989 г.) и М. Атертона (1990 г.)
Происхождение гранитов
83
служит при этом источником воды; ее участие в количестве порядка 2-
4 вес.% рассматривается как необходимое условие гранитообразования
[Whitney, 1988]. Вместе с тем отмечается, что в энсиматических дугах, в
разрезе которых отсутствует более древняя континентальная кора, “на-
стоящие”, т.е. калиевые и калинатровые граниты не могут образоваться,
что отвечает и наблюдаемому в природе.
Другое дело - гранитоидный магматизм энсиалических дуг, в этом
отношении близких к краевым вулкано-плутоническим поясам - следу-
ющей классификационной группе. В подобной обстановке в плавлении
участвует и нижняя кора, разогретая и, вероятно, насыщенная летучими
за счет подъема и внедрения магмы из зоны субдукции.
Оба типа гранитоидов, образующихся над зонами субдукции, при-
надлежат к типу / в классификации Б. Чеппелла и А. Уайта, но в первом
типе преобладают тоналиты наряду с кварцевыми диоритами и граноди-
оритами, а во втором - собственно граниты и гранодиориты, образую-
щие крупные батолиты, например в Кордильерах. В относительно
незрелых дугах выделяют еще тип М, наиболее мафический, представ-
ленный штоками габбро и кварцевых диоритов (Алеутско-Командор-
ская дуга и пр.).
Существенно иначе протекает гранитообразование в обстановке кол-
лизии континент-континент (или континент-микроконтинент, континент-
вулканическая дуга). Здесь в плавление вовлекаются мощные толщи осад-
ков и вулканитов, а также частично подстилающая их древняя континен-
тальная кора. Естественно, что процесс этот, называемый анатексисом,
или палингенезом, требует привноси тепла и летучих, прежде всего воды.
Откуда они поступают? Для тепла существуют два основных источника:
переход в тепловую энергию механической энергии тектонических де-
формаций и радиоактивность континентальной коры, главным образом
ее верхнего слоя. Пример, ставший в этом отношении классическим, -
лейкогранитовые плутоны Гималаев, приуроченные к надвигу Высоких
Гималаев на Низкие и образованные за счет переплавления докембрий-
ских парагнейсов, составляющих основание надвинутой плиты.
Что же касается воды, то на примере более древних, и прежде всего
позднепалеозойских, герцинских гранитных плутонов Пиренеев показа-
но, что вода имеет метеорное, т.е. поверхностное происхождение
(рис. 15), и это подтверждено изотопными исследованиями (см.: [Собо-
лев, 1992]). Но в других случаях вода может заимствоваться из вмещаю-
щих пород.
84
Глава 7
ОРОГЕННЫЕ ГРАНИТЫ АНОРОГЕННЫЕ
_________I_________________________________, ГРАНИТЫ
З.-ТИХООКЕАНСКИЙ
ТИП
АНДСКИЙ
ТИП
ГЕРЦИНСКИЙ
ТИП
Косая
континентальная
коллизия
А-анатекгит, В «расплав
НИГЕРИЙСКИЙ
ТИП
Крупномасштабный
рифтинг
Рис. 15. Геодинамические обстановки формирования гранитоидов
различных типов [Pitcher, 1987]
Таким образом, получается, что коллизионные граниты, принадле-
жащие к типу S Чеппелла-Уайта, могут образовываться без участия
мантийного тепла и материала. Однако не все согласны с таким заклю-
чением. По мнению В. А. Жарикова [1987], гранитизация невозможна без
участия поступающих из мантии богатых щелочами и кремнием водно-
углекислых флюидов. Процесс начинается с метасоматической фельдш-
патизации вмещающих пород с последующим зарождением и разраста-
нием объема расплава, сначала в виде мигматитов, а затем и крупных
гранитных тел. Причем параллельно с привносом щелочей и кремнезе-
ма должно происходить удаление оксидов кальция, железа, магния и алю-
миния; это так называемая дебазификация, комплементарная гранитиза-
ция. Данная концепция, развивающая идею Д.С. Коржинского о “транс-
магматаческих растворах”, в определенной мере наследует взгляды
метасоматистов-трансформистов, отличаясь, однако, что существенно,
признанием необходимости прохождения гранитизируемым материалом
стадии расплава. То, что мантия содержит и выделяет некоторое количе-
ство флюидов, не подлежит сомнению. Дефлюидизация мантии должна
была наиболее энергично протекать в раннем докембрии, и тогда, воз-
можно, гранитизация, по В.А. Жарикову, была наиболее реальной. Заме-
тим, кстати, что типичные коллизионные граниты появляются в раннем
протерозое в трех подвижных системах Канадского щита - Уопмей на
западе, Трансгудзонской в центре, Лабрадорской на востоке. Однако спра-
ведливость этого предположения еще надо доказать,
Между тем Н.Л. Добрецов и А.А. Шафеев [Dobretsov, Shafeev, 1991]
полагают, что анатексис с образованием гранитов не требует ни участия
Происхождение гранитов
85
мантийных флюидов, ни предварительной метасоматической подготов-
ки, ни выноса каких-либо элементов и протекает изохимически. Иссле-
дователи приводят соответствующие примеры, в том числе и из раннего
докембрия. Добавим, что коллизионная обстановка, с ее интенсивным
сжатием на уровне литосферы, не может быть благоприятной для подъе-
ма мантийных флюидов.
Итак, приходится констатировать, что в вопросе происхождения кол-
лизионных гранитов, являющихся одним из важнейших типов постар-
хейских гранитоидов, существуют наиболее серьезные и принципиаль-
ные разногласия.
Следующую генетическую группу составляют постколлизионные
гранитоиды. Рассматривая их происхождение и характер, следует преж-
де всего подчеркнуть, что геодинамическая обстановка при переходе от
коллизионной стадии к постколлизионной, которая может растянуться
на несколько десятков миллионов лет, резко меняется. Сжатие коры сме-
няется растяжением, утолщение - утонением, проницаемость сильно
возрастает. Это создает благоприятные условия для декомпрессии и
подъема астеносферы с проникновением продуктов ее плавления и вы-
деляющихся из нее флюидов в кору [Huppert, Sparks, 1988 и др.]. Отсюда
антидромный характер вулканизма, вплоть до появления базальтов.
Соответственно астеносфера становится главным источником теп-
ла, а образующаяся за счет ее плавления основная магма может подме-
шиваться к кислой магме, образовавшейся за счет плавления коры.
В ряде случаев предполагается скопление основной магмы в подошве
коры - явление, ставшее известным под английским названием
underplating, т.е. подстилание (магматическое подстилание). Благодаря
этому постколлизионные гранитоиды, которые именуют еще посторо-
генными, характеризуются повышенной основностью по сравнению с
коллизионными и одновременно могут обладать повышенной щелочно-
стью, особенно в отношении содержания К2О.
Эти гранитоиды уже не образуют крупных батолитов, а слагают плу-
тоны сравнительно небольших размеров, нередко кольцевой формы, ди-
апиры или кальдеры (пример - девонские интрузии Шотландских кале-
донид, см. рис. 5), и неглубокого залегания (гипабиссальные, например
плиоценовые интрузии Большого Кавказа - Тырныауз и др.). По проис-
хождению исходной магмы они могут относиться и к типу I, и к типу S.
Недавно испанские исследователи [Castro et al., 1991] предложили выде-
лить их в особый тип Н, т.е. гибридный.
86
Глава 7
Внутриплитные гранитоиды, удаленные от зон субдукции и колли-
зии, обычно описываются как анорогенные гранитоиды типа А. Этот тип
был выделен дополнительно к типам I и S в 1979 г. в работе [Loiselle, Wones,
1979]. Структурно они приурочены либо к континентальным рифтам,
либо к “горячим точкам”, которые, в свою очередь, могут быть либо распо-
ложены в рифтовых зонах, либо выражены внерифтовыми поднятиями.
Общая характеристика гранитоидов типа А недавно была дана в ра-
ботах американского геолога Г. Эби [Eby, 1990, 1992]. Он показал, что
гранитоиды типа Л варьируют по составу от кварцевых сиенитов до ще-
лочных гранитов, содержат богатые железом слюды, а в щелочных раз-
ностях щелочные же амфиболы и пироксены нередко обогащены фто-
ром и вообще галогенами, а также некогерентными элементами. Они
часто образуют кольцевые плутоны.
Что касается условий образования гранитоидов А, то в работах
Г. Эби они разделены в этом отношении на две группы. Первая из них -
- встречается на внутриокеанских вулканических островах (Вознесе-
ния, Реюньон; добавим сюда о-ва Зеленого Мыса и Кергелен) и в конти-
нентальных рифтах (грабен Осло, Восточно-Африканская рифтовая си-
стема и др.). Эти граниты являются продуктом дифференциации ман-
тийной щелочно-базальтовой магмы, но в континентальном варианте
могут содержать небольшую примесь контаминированного сиалическо-
го материала. По существу, щелочные гранитоиды океанских островов
по своей геодинамической принадлежности заслуживают выделения в
самостоятельную группу (см. ниже), но, как показано в работах Г. Эбц,
петрохимически они весьма близки.
Другая группа -А2 - в наиболее чистом виде включает внутриплит-
ные плутоны, не связанные^ по крайней мере непосредственно, с рифто-
генезом и приуроченные, очевидно, к горячим точкам. Примером могут
служить щелочные граниты плато Джос в Нигерии (см. рис. 5); сюда же
должны относиться плутоны гранитов рапакиви. Следует заметить, что
Г. Эби включил в эту же группу многие постколлизионные гранитоиды,
действительно во многом петрохимически и петрогенетически близкие.
По химической характеристике все эти гранитоиды являются промежу-
точными между островодужными и собственно континентальными. Наи-
более показательными для дискриминации групп А{ и А2 Г. Эби считает
отношения Y/Nb и Yb/Ta.
Происхождение гранитоидов группы А2 трактуется довольно одно-
значно как результат повторного плавления континентальной коры под
Происхождение гранитов
87
влиянием подъема базальтовой магмы из астеносферы. Эта магма может
просто оказать тепловое воздействие, либо образовать интрузивное тело
типа мегасилла в основании коры, либо, наконец, внедриться в кору и
составить нижнюю часть бимодального лополита, что и наблюдается на
примере стратиформных интрузий нижнего протерозоя типа Бушвельда
или плутонов габбро-анортозитов и гранитов рапакиви типа украинских.
Описанный способ образования гранитоидов А2 недавно подтвержден
экспериментально -обогащенный фтором гранитный расплав получен
путем плавления архейского тоналитового гнейса, а остаток от этого плав-
ления имел гранулитовый состав [Skjerlie, Johnston, 1992]. Тот же гене-
зис гранитоидов А2 подтверждается и математическим моделированием
[Huppert, Sparks, 1988].
Анорогенные гранитоиды появляются в истории Земли в конце ар-
хея - начале протерозоя. “Расцвет” гранитов рапакиви приходится на
период формирования суперконтинента Пангеи I в конце раннего и в
среднем протерозое, когда континентальная кора стала мощной и впол-
не зрелой. Но затем плутоны Л-гранитов, правда уже не этого подтипа,
продолжали формироваться на протяжении всего позднего протерозоя и
фанерозоя.
Рассмотрев основные генетические типы гранитоидов, мы можем
теперь расшифровать формулу Г. Рида “есть граниты... и граниты” и по-
пытаться рационализировать их классификацию, тем более что ряд ис-
следователей уже отмечали нелогичность стихийно сложившегося “ал-
фавитного супа” [Eby, 1990]. Представляется, что в зависимости от ис-
точника магмы наиболее логично выделить три основные категории
гранитоидов и затем подразделить их на группы по геодинамическим
обстановкам образования.
Первую категорию в этом случае составят мантийные граннтои-
ды, являющиеся непосредственными дифференциатами продуктов ча-
стичного плавления верхней мантии. Среди мантийных гранитоидов вы-
деляются три группы. Первую составляют плагиограниты, образующие-
ся из истощенной (деплетированной) мантии на осях спрединга. Вторую
группу образуют щелочные гранитоиды океанских островов, возникаю-
щие за счет более глубинной и неистощенной или вторично метасомати-
чески оббгащенной верхней мантии под действием мантийных струй -
плюмов. К третьей группе относятся гранитоиды энсиматических ост-
ровных дуг, обязанные своим возникновением процессу субдукции с
плавлением пододвигаемой океанской коры и надстилающего клина ли-
88
Глава 7
тосферной мантии во внутриокеанских условиях, без участия континен-
тального материала. По объему первые две группы играют очень незна-
чительную роль, однако не исключено, что они могут быть встречены на
других планетах земной группы, и прежде всего на Венере. Первая груп-
па может быть обозначена как MS (мантийно-спрединговая), вторая -
МР (мантийно-плюмовая), третья -MI (мантийно-островодужная); пос-
ледняя отвечает типу М Чеппелла-Уайта.
Вторая категория гранитоидов, имеющая весьма широкое распрост-
ранение и играющая существенную роль в образовании и сложении кон-
тинентальной коры, - это мантийно-коровые гранитоиды. Они также
достаточно разнообразны и могут быть разделены на три группы. Пер-
вая - гранитоиды энсиалических островных дуг, подобно МЦ субдукци-
онного происхождения, но с участием в образовании исходной магмы
продуктов плавления более древней континентальной коры; им соответ-
ствуют собственно граниты типа I Чеппелла-Уайта, но я предлагаю их
обозначить MCS (мантийно-коровые субдукционные). Генезис второй
группы существенно иной. Это постколлизионные гранитоиды (обозна-
чим их МСР), образующиеся при воздействии астеносферного выступа
на утоненную литосферу и кору коллизионных орогенов (рис. 16, см.
рис. 15). Третья группа - внутриплитные гранитоиды рифтовых зон и
горячих точек - петрохимически близка ко второй, но отличается по
структурному положению, геодинамической обстановке и времени фор-
мирования. Для этих гранитоидов предлагается индекс MCR; им отвеча-
ют гранитоиды At Г. Эби (А2 = МР).
Третья категория гранитоидов, играющая очень важную роль в ста-
новлении континентальной коры, - коровые гранитоиды. Это породы
анатектического происхождения, образующиеся внутри коры в резуль-
тате переплавления осадочных пород, и прежде всего граувакк, а также
вулканитов, в основном группы MI и более древних пород континенталь-
ной коры (рис. 16, см. рис. 15). Именно в отношении этой категории (на-
зовем ее СА - корово-анатектической) остается спорным вопрос - явля-
ется ли порождающий ее анатексис процессом изохимическим или ал-
лохимическим, сопровождается ли он привносом одних компонент
мантийными флюидами и удалением других.
По-разному решается при принятии того или иного способа анатек-
тической гранитизации и проблема пространства для размещения плу-
тонов. В. первом варианте это достигается путем перераспределения рас-
плава - продукта селективного плавления и рестита-остатка от этого
Происхождение гранитов
89
Рис. 16. Гранитная система в кордильерской обстановке,
показывающая важнейшие зоны [Atherton, 1994]
Зоны: 1) источника MASH с процессами смешения, ассимиляции, накопления и
гомогенизации; 2) транспорта MAGIC с процессами миграции, адиабатического подъе-
ма, взаимодействия с вмещающими породами, кристаллизации; 3) ACID с процесса-
ми ассимиляции, кристаллизации, взаимодействия с флюидами, дифференциации.
Процессы протекают в обстановке растяжения - континентального рифтинга, тыль-
нодугового или срединно-океанского спрединга, включающего местами интрузии вдоль
сдвигов (с раздвигом), крупных зон скалывания, континентального расщепления -
крупных разрывов (линеаментов) или их сочетания (по М. Атертону). Узкие (дайко-
подобные) каналы подъема магмы на уровень интрузий и тонкая форма батолита пре-
увеличены. Источник и другие зоны могут находиться ближе или перекрываться в
разных обстановках
плавления, во втором - путем “магматического замещения” - прихода
флюида, создающего расплав, и удаления не вошедшего в него веще-
ства. Вообще же проблема размещения гранитных плутонов требовала
бы специального рассмотрения, но я ограничусь ссылкой на новейшие
работы. В них подчеркивается, что становление плутонов определяется
сочетанием латеральных тектонических напряжений и естественной пла-
вучести магмы [Hutton, 1988], что подъем магмы происходит в орогенах,
скорее всего вдоль систем узких каналов [Castro, 1987].
В третьей работе [Atherton, 1994] указывается, что становлению гра-
нитных плутонов способствует обстановка растяжения (см. рис. 15,16).
Это наглядно подтверждает и пример размещения интрузий палеозой-
ских вулкано-плутонических поясов Центрального Казахстана в сдвиго-
90
Глава 7
во-раздвиговых (pull-apart) впадинах (А. и Л. Тевелевы, в печати). Тем
самым снимается и долго дебатируемая проблема пространства, занима-
емого гранитными плутонами, особенно батолитами. Причем такое рас-
тяжение в осевых зонах орогенов может протекать на фоне продолжаю-
щегося общего сжатия, реализуемого теперь на их периферии.
Историческая последовательность появления различных типов гра-
нитоидов вырисовывается в следующем виде. Первыми, еще в архее,
должны были бы появиться мантийно-плюмовые, затем мантийно-спре-
динговые гранитоиды, но их идентификация среди повсеместно ме-
таморфизованных архейских толщ затруднительна. Мантийно-острово-
дужные гранитоиды известны с середины архея, мантийно-коровые ост-
роводужные и коровые коллизионные - с раннего протерозоя, мантий-
но-коровые внутриплитные - тоже с раннего протерозоя, но их разно-
видность - плутоны анортозит-рапакиви характерны лишь для конца
раннего - среднего протерозоя. В общем разнообразие типов гранитои-
дов достигло максимума в среднем протерозое; в дальнейшем, вплоть
до современной эпохи, новых типов не появлялось.
В заключение необходимо подчеркнуть вслед за Дж. Уитни [Whitney,
1988] одно очень важное обстоятельство - предпосылкой для начала
широкого гранитообразования на Земле должны были быть появление
жидкой воды и конкретно возможность насыщения ею океанской лито-
сферы в зонах спрединга, обеспеченная определенной глубиной океана.
Таким образом, две уникальные особенности планеты Земля - присут-
ствие гранитов и водной оболочки - оказываются закономерно взаимо-
связанными.
Во второй половине 90-ых годов исследования по гранитной про-
блематике продолжали, с одной стороны, углублять анализ соотноше-
ний между источниками гранитной магмы и геодинамическими обста-
новками гранитообразования и, с другой стороны, больше внимания, чем
раньше, стало уделяться вопросам механизма образования самих гра-
нитных плутонов, включая пути доставки магмы из ее источника в ме-
сто становления этих плутонов [Clemens, 1998; Cobbing, 1996].
По первому направлению можно отметить, что намеченные ранее
источники гранитной магмы - астеносфера (срединноокеанские хреб-
ты), зоны субдукции (разные комбинации плавления слэба и мантийного
клина над ним), нижняя кора (анатексис ее различных компонентов -
интрузивных, вулканических, осадочных) и их взаимодействие рассмат-
риваются во все более тесной увязке с геодинамическими обстановка-
Происхождение гранитов
91
ИСТОЧНИКИ ОБСТАНОВКИ
^DDM
Астеносфера
^Плюм
Океанический /
хребет
s Остаточный
Литосфера -— DDM
Срединноокеанская
Связанная с плюмом
Супрасубдукционная
зона
Обогащенный
Верхняя кора -—гИзверженный
Кора X
"—Нижняя кора-----Осадочный
х Коровые флюиды
Вулканическая /^Ровная дуга
лига —Активная
1 континентальная
окраина
Субдукция хребта
> Кора-Мантия-Субдукция
Смешанный АрС
^Кора-Магма
^MASH
/ Связанная с плюмом
Внутриплитная ' /
\ Океаническая
\ Континентальная
х Пассивный рифт
„ ____Синколлизионная
Коллизия <
Постколлизионная
Рис. 17. Суммарное изображение источников и обстановок
образования гранитных пород [Pearce, 1996]
Обратить внимание на то, что процессы плавления, которыми источники генери-
руют магму, также изменчивы и зависят от обстановок. DMM-деплетированная ман-
тия; AFC - ассимиляция, сегрегация, гомогенизация; MASH - магма, ассимиляция,
сегрегация, гомогенизация
ми, как это довольно удачно и наглядно показано в воспроизводимой
здесь схеме (рис. 17) Дж.Пирса [Pearce, 1996]. При этом коллизионные
анатектические гранитоиды зарубежными специалистами по-прежнему
рассматриваются как продукт изохимического сухого плавления нижней
коры, но не вполне ясным остается источник необходимого для этого
плавления тепла - разогрев за счет концентрации естественно-радиоак-
тивных элементов (U, Th, К) или тектонических деформаций вызывает
сомнения в своей эффективности. Более реалистичен подогрев (плюс,
очевидно, поступление флюидов) со стороны подошедшей к основанию
коры в процессе underplating базальтовой магмы. Последнее еще более
вероятно в отношении генезиса постколлизионных гранитоидов, обна-
руживающих большое разнообразие составов [Sylvester, 1989]. Замечу
от себя, что благоприятные условия для анатектического гранитообразо-
92
Глава 7
вания в нижней коре [Harris et al., 2000] на коллизионном и особенно
постколлизионном этапе может создавать образование в ее подошве “ас-
теносферного окна” благодаря отрыву нижней части субдукционного
слэба. Сходный эффект может иметь на активных окраинах андского типа
погружение под континент спредингового хребта, как это имеет место в
Центральной Америке (Галапагосская ось спрединга) и в Южной Аме-
рике (Западно-Чилийская ось спрединга).
Что касается анорогенных, Л-типа, вернее внутриплитных гранитои-
дов, в том числе гранитов рапакиви, то решающая роль подъема базаль-
товой магмы к основанию коры или литосферы в плавлении самой коры
и образовании данного типа гранитоидов в общем не вызывает сомне-
ний. Как отмечалось ранее, это может происходить в обстановке либо
активного рифтинга, практически совпадающего с действием мантий-
ного плюма (граниты At), либо пассивного рифтинга, провоцирующего
декомпрессию астеносферы (граниты Л2). Поскольку, по мнению автора
данной книги, континентальные рифты всегда первоначально пассивные,
но затем часто перерастают в активные, и плюмы чаще всего локализу-
ются в рифтах и особенно на их тройных сочленениях (прекрасный при-
мер - Афар), принципиальной разницы между этими двумя типами вну-
триплитных гранитоидов, по существу, нет.
Так как одним из основных методов дискриминации различных ге-
нетических типов гранитоидов является использование диаграмм соот-
ношения содержания отдельных характерных элементов (напр. [Agrawal,
1995]), то следует упомянуть, что, по мнению того же Дж. Пирса, наибо-
лее показательными являются диаграммы отношения рубидия к сумме
иттрия и ниобия.
В работе Н.В. Короновского с коллегами [1999] намечены петрохи-
мические отличия коллизионных и постколлизионных гранитоидов на
примере Ближнего Востока. Тот же вопрос рассмотрен в работе [Bonin
et al, 1998].
Очень удачный обзор, касающийся типизации гранитоидов, их про-
исхождения и геодинамической обстановки формирования, недавно опуб-
ликован французским петрологом Б. Барбареном [Barbarin, 1999]. Осо-
бенно ценным в нем представляется комплексный подход к решению
проблемы, в котором исходным пунктом является не петрохимия, а соб-
ственно геологические данные - минералогический состав и петрогра-
фический тип, и лишь затем химизм, а геодинамическая обстановка и
положение в эволюционном ряду, в цикле Вилсона - конечным результа-
Происхождение гранитов
93
том анализа. Автор этой работы выделяет шесть основных типов грани-
тоидов: MPG - мусковитсодержащие пералюминиевые, CPG - кордие-
ритсодержащие пералюминиевые, KCG - богатые калйем известково-
щелочные, ACG - амфиболовые известково-щелочные, ATG - острово-
дужные толеитовые; RTG - срединноокеанские толеитовые, PAG -
ультращелочные и щелочные гранитоиды. Первые два типа имеют чис-
то коровое, последние два - чисто мантийное, а три промежуточные -
смешанное происхождение. Что касается геодинамических обстановок,
то они показаны на таблице в статье [Barbarin, 1999], а положение в цик-
ле Вилсона - на рисунке 18. Интересующихся деталями советую обра-
щаться к оригиналу статьи.
На мой взгляд, Б. Барбарена можно упрекнуть лишь в недоучете роли
отрыва субдуцируемого слэба и образования “астеносферного окна” на
постколлизионной стадии, хотя в одном из приводимых им примеров,
относящемся к Ахаггару [Barbarin, 1999, рис. 6], это явление отчетливо
показано. А в целом этот обзор ясно показывает, что долго мучившая
исследователей проблема гранитов к настоящему времени, в отличие от
большинства других проблем, затронутых в данной книге, в основном
уже удовлетворительно решена, по крайней мере в части вопросов, рас-
смотренных в обзоре Б. Барбарена. Разумеется, это не значит, что в от-
ношении конкретных региональных примеров не могут возникнуть раз-
личные толкования генезиса, обстановки формирования, роли различ-
ных источников магмы и т. д. Таким примером может служить дискуссия
австралийских геологов по поводу гранитоидов Лахланской системы
[Discussion and Reply, 1999]. Постколлизионным гранитоидам был посвя-
щен специальный выпуск журнала “Lithos” за 1998 г., том 45, а гранитам
типа рапакиви - журнала “Precambrian Research” за 1999 г., том 95.
Теперь относительно второго направления современных исследова-
ний, касающегося механизма становления гранитных плутонов. Ожив-
ление интереса к этой проблеме связано с успехами в геофизическом-
гравиметрическом, сейсмическом, магнитометрическом (анизотропия
магнитной восприимчивости), а также изотопно-геохронологическом
изучении плутонов и сопутствующих образований. Эти новые данные
позволили предложить существенно новую трактовку проблемы про-
странства, доступного для размещения плутонов [Hutton, 1996; Petford
et al., 2000]. Классические варианты решения этой проблемы включают:
1 - метасоматическое замещение in situ (западные коллеги этот вариант
ныне не рассматривают); 2 - обрушение кровли плутонов с образовали-
94
Глава 7
Щелочные и ультращелочные гранитоиды
(сиениты, граниты и щелочные
полевошпатовые гранитоиды)
ГЛАВНЫЙ РИФТИНГ
(РЕГИОНАЛЬНОЕ РАСТЯЖЕНИЕ)
Толеитовые гранитоиды
срединноокеанских хребтов
(плагиограниты)
КОРОВАЯ АККРЕЦИЯ
(РЕГИОНАЛЬНОЕ РАСТЯЖЕНИЕ)
ВУЛКАНИЧЕСКИЕ ОСТРОВНЫЕ ЛУГИ
Известково-щелочные гранитоиды
(диориты-тоналиты-гранодиориты)
+ остроеодужные толеитовые гранитоиды
(габбро, кварцевые монцодиориты)
СУБДУКЦИИ
(РЕГИОНАЛЬНОЕ РАСТЯЖЕНИЕ)
Рис. 18. Различные типы гранитоидов, связанные с последовательными >
стадиями цикла Вилсона [Barbarin, 1999]
Тела гранитоидов показаны черным на профилях, отвечающих отдельным стади-
ям цикла Вилсона. Показаны также природа литосферы, движения плит, тектониче-
ские режимы, типы гранитоидов
Происхождение гранитов
95
Известково-щелочные граншпоис
(тоналиты - гранодиориты)
± обогащенные К известково-
щелочные гранитоиды
(монцограниты)
СУБДУКЦИЯ
(РЕГИОНАЛЬНОЕ РАСТЯЖЕНИЕ)
коллижтеорогены
Пвралюминивые гранитоиды
(гранодиориты и лейкограниты)
+ обогащенные К известково-
щелочные гранитоиды
(монцограниты)
КОЛЛИЗИЯ
(РЕГИОНАЛЬНОЕ СЖАТИЕ)
(ЛОКАЛЬНОЕ РАСТЯЖЕНИЕ)
Обогащенные К известково-
щелочные гранитоиды
(монцограниты)
ПОСТКОЛЛИЗИОННОЕ ПОДНЯТИЕ
(РЕГИОНАЛЬНОЕ РАСТЯЖЕНИЕ)
Рис. 18 (окончание)
96
Глава 7
ем кальдер, кольцевых даек и конических интрузий; 3 - поглощением
вмещающих пород (stopping), реликты которых образуют ксенолиты;
4 - диапиризм и раздувание (ballooning) плутонов; 5 - внедрение вдоль
зон интенсивных тектонических деформаций - надвигов, сдвигов, зон
смятия (shear zones), структур растяжения - рифтов и др. Признается,
что все эти механизмы (кроме первого) являются реальными, но имеют
ограниченное значение, например, второй механизм относится к неглу-
боким (до 5 км), особенно гипабиссальным плутонам [Rosenberg et al.,
1995]. Роль диапиризма считается преувеличенной; в большинстве слу-
чаев структурные наблюдения в пределах самих плутонов и вмещаю-
щих пород не подтверждают его широкой эффективности. В некоторых
случаях предпочтительнее механизм латерального раздува, получивший
образное название ballooning (от англ, balloon - воздушный шар).
Вместе с тем надо отметить, что далеко не все исследователи разде-
ляют критическое отношение цитированных выше авторов к диапиро-
вому механизму [Weinbeig, 1997]. Так, в его защиту опубликована спе-
циальная статья [Miller, Paterson, 1999], основанная на наблюдениях в
Кордильерах.
Геофизическое изучение гранитных батолитов показало, что они пред-
ставляют собой плоские тела, состоящие из отдельных разновременно-
го внедрения пластин. Пространство, ими заполнявшееся, возникало, с
одной стороны, благодаря подъему кровли батолита и, с другой стороны,
благодаря погружению его подошвы. Путями подъема магмы из нижней
коры служили, по мнению цитированных исследователей, дайки [Beun
et al., 1999].
Изотопно-геохронологические исследования показали, что образо-
вания даек и становление плутонов происходило практически одновре-
менно с тектоническими деформациями и региональным метаморфиз-
мом [Brown, Solar, 1998; Solar et al., 1998]. При этом могли иметь место
как обстановка сжатия (надвиги, сдвиги), так и обстановка растяжения
(рифты) [Hanson, Glazner, 1995] и, очевидно, их комбинации - транс-
прессия и трастенсия (образование структур типа pull-apart).
Новейшее моделирование привело к неожиданному и парадоксаль-
ному выводу, что процессы, приводящие к образованию гранитных плу-
тонов, протекают чрезвычайно быстро - по их заключению, “гранитный
магматизм - это быстрый, динамический процесс, оперирующий в мас-
штабе времени <100000 лет, независимо от тектонической обстановки”
[Petford et al., 2000, р. 669].
Происхождение гранитов
97
ЛИТЕРАТУРА
Жариков В.А, Проблемы гранитообразования И Веста. МГУ. Сер. 4, гео-
логия. 1987. №6. С. 3-13
Короновский Н.В., Демина Л.И., Симонов Д.А. Позднекайнозойская гео-
динамика и наземный вулканизм Эгейско-Анатолийско-Кавказского
сегмента Альпийского пояса И Мат. совещания “Тектоника, геодина-
мика и процессы магматизма и метаморфизма”. М.: ГЕОС, 1999. Т. 1.
С. 321-325
Соболев Р.Н. О происхождении гранитов И Веста. МГУ. Сер. 4, геология.
1992. № 1. С. 3-22
Хайн В.Е. Эволюция процессов гранитообразования в истории Земли И
Докл. АН СССР. 1990. Т. 311, №5. С. 1205-1207.
Abbott D., Drury R. The effects of changes in subduction styles over Earth
history // Geology. 1994. Vol. 22. P. 937-940.
Agrawal S. Discrimination between late-orogenic, post-orogenic and
anorogenic granites by major elements composition // J. Geol. 1995.
Vol. 103. P. 529-537
Atherton M.P. Granite magmatism // J. Geol. Soc. bond. 1994. Vol. 150.
P. 1009-1023.
Barbarin B. A review of the relationships between granitoid types, their origins
and their geodynamic environments // Lithos. 1999. Vol. 46. N 3. P. 605-
626
Beun K., Roest W.R., Rochette P. et al. Geophysical and structural signatures
of syntectonic batholith construction: the South Mountain Batholith, Me-
guma terrane, Nova Scotia И Geophys. J. Int. 1999. Vol. 136. P. 144-158
Bonin B, Azzouni-Sekkal A., Bussy E, Ferrag S. Alkali-calcic and alkaline
post-orogenic (PO) granite magmatism: petrologic constraints and
geodynamic settings // Lithos. 1998. Vol. 45. P. 45-70
Brown M., Solar S. Granite ascent and emplacement during contractional
deformation in convergent orogens // J. Struct. Geol. 1998. Vol. 20.
N 9/10. P. 1365-1393
Castro A. On granitoid emplacement and related structures: A review // Geol.
Rdsch. 1987. Bd. 76, H. 1. S. 101-124
Castro A., Moreno-Ventas I., De la Rosa J.D. H-type (hybrid) granitoids:
A proposed revision of the granite-type classification and nomenclature
// Earth-Sci. Rev. 1991. Vol. 31. N 3/4. P. 237-253
Chappell B.W., WhiteA.J.R. Two contrasting granite types//Pacif. Geol. 1974.
Vol. 8. P. 173-174.
98
Глава 7
Clemens JD. Observations on the origins and ascent mechanisms of granitic
magmas //J. Geol. Soc. 1998. Vol. 155. P. 843-851
Cobbing J. Granites - an overview // Episodes. 1996. Vol. 19. N 4. P. 103-106
Discussion and Reply. “Evaluation of petrogenetic models of Lachlan Fold
Belt granitoids: Implications for crustal architecture and tectonic models
I I Austr. J. Earth Sci. 1999. Vol. 46. P. 627-636
Dobretsov N.L., ShafeevA.A. Anatexis and granitization: Criteria and models
И Geol. Carpath. 1991. Vol. 42. N L P. 45-52
Eby G.N. The А-type granitoids: A review of their occurence and chemical
characteristics and speculations on their petrogenesis I I Lithos. 1990.
Vol. 26.N1/2.P. 115-134
Eby G.N. Chemical subdivision of the А-type granitoids: Petrogenetic and
tectonic implications // Geology. 1992. Vol. 20. N 7. P. 641-644
Hanson R.B., GlaznerA.F. Thermal requirements for extentional emplacement
of granitoids // Geology. 1995. Vol. 23. N 3. P. 213-216
Harris N., Vance D., Ayres M. From sediment to granite: timescales of anatexis
in the upper crust // Chem. Geol. 2000. Vol. 162. P. 155-167
Huppert HE., Sparks R.S.J. The generation of granitic magmas by intrusion
of basalt into continental crust // J. Petrol. 1988. Vol. 29. N 4. P. 599-624
Hutton D.H.W. Granite emplacement mechanisms and tectonis controls:
Inference from deformation studies // Trans. Roy. Soc. Edinburgh. 1988.
Vol. 79. P. 245-255
Hutton D.H W. The “space problem” in the emplacement of granites // Episodes.
1996. Vol. 19. №4. P. 114-119
Loiselle M.C., Wones D.R. Characteristics of anorogenic granites // Geol. Soc.
Amer. Abstr. 1979. Vol. 11. P. 468
Maniar P.O., PiccoliPh.M. Tectonic discrimination of granitoids// Bull. Geol.
Soc. Amer. 1989. Vol. 101. N 5. P. 635-643
Miller R.B., Paterson S.R. In defense of magmatic diapirs // J. Struct. Geol.
1999. Vol. 21. P. 1161-1173
Pearce J. Source and settings of granite rocks // Episodes. 1996. Vol. 19. N 4.
P. 120-125
PetfordN., Cruden A.R., McCaffrey K.J.W., Vigneresse J.-L. Granite magma
formation, transport and emplacement in the Earth’s crust //Nature. 2000.
Vol. 408. P. 669-673
Pitcher W.S. Granites and yet more granites forty years on // Geol. Rdsch.
1987. Bd. 76. S. 51-79
ReadH.H The granite controversy. L.: Murphy, 1956. 430 p.
Происхождение гранитов
99
Rosenberg C.L., Berger A., Schmid S.M. Observations from the floor of a
granitoid pluton: Inferences on the driving force of final emplacement //
Geology. 1995. Vol. 23. N 5. P. 443-446
Skjerlie K.P., Johnston A.D. Vapor-absent melting at lOkbarofa biotite-and
amphibole-bearing tonalitic gneiss: Implications for the generation of
А-type granites // Geology. 1992. Vol. 20. N 3. P. 263-266
Solar G.S., Pressley R.A., Brown M., Tucker R.D. Granite ascent in convergent
orogenic belts: Testing a model // Geology. 1998. Vol. 26. N 8. P. 711-714
Sylvester P. Post-collisional alkaline granites //J. Geol. 1989. Vol. 97. P. 261-
280
Weinberg R.F. Diapir-driven crustal convection: decompressing melting,
renewal of the magma source and the origin of nested plutons //
Tectonophysics. 1997. Vol. 271. P. 217-229
Whitney J.A. The origin of granite; The role and source of water in the evolution
of granite magmas // Bull. Geol. Soc. Amer. 1988. Vol-. 100. N 12.
P. 1886-1897
Глава 8
ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ВОЗРАСТ
МИРОВОГО ОКЕАНА
Проблема происхождения и возраста Мирового океана и его глав-
нейшей составной части - Тихого океана, несомненно, одна из важней-
ших и наиболее долго обсуждаемых в геологии. Уже античным мысли-
телям было известно, что современное распределение суши и моря не
является чем-то извечным. О том, что они могут меняться местами, пи-
сали Аристотель, Овидий, Страбон, причем доказательствами былого,
более широкого распространения суши служили находки морских рако-
вин вдали от морских побережий и результаты наблюдений за заполне-
нием морских заливов речными наносами (дельта Нила, выносы Дуная).
Страбон достаточно определенно утверждал, что причиной изменений
могут быть поднятия и опускания суши, а Демокрит высказал мысль,
что происходит постепенное сокращение площади, занятой морем, бла-
годаря испарению морских вод и высыханию водоемов.
В средние века идея о непостоянстве суши и моря поддерживалась
таджикским ученым Ибн Синой и узбекским ученым Бируни, писавшим
на арабском языке, а в Европе к ней вернулись в эпоху Возрождения,
начиная с Леонардо да Винчи. Однако Леонардо высказывал сомнения в
отношении того, что море могло покрывать все ныне существующие горы,
в частности во время библейского Всемирного Потопа. Другого мне-
ния придерживался флорентийский ученый Н. Стено. В своей рекон-
струкции истории Тосканы в качестве первого, исходного этапа ее гео-
логической эволюции он допускал, что Тоскана вместе со всей Землей
была покрыта водой. На следующем этапе вода ушла в подземные глу-
бины.
Происхождение и возраст Мирового океана
101
Несколько позднее аналогичные взгляды в более развернутой форме
были высказаны Г. Лейбницем и Ж. Бюффоном. Г. Лейбниц, как и Р. Де-
карт, допускал, что Земля была первоначально расплавленной, а затем, в
процессе остывания, покрылась твердой корой, окутывавшие ее пары
сгустились в первичный океан, перекрывавший и самые высокие горы.
В дальнейшем вода частично ушла в подземные пустоты, существовав-
шие благодаря тому, что земная кора имела пористое строение. Напро-
тив, Р. Декарт полагал, что вода, как и воздух, первоначально находи-
лась под твердой корой и выступила на поверхность в результате ее об-
рушения.
Таким образом, уже к концу XVII - началу XVIII вв. обозначились
две концепции происхождения Мирового океана. Согласно одной из них,
поддержанной Н. Стено, Г. Лейбницем и Ж. Бюффоном, а затем и италь-
янцем А. Моро, Мировой океан представляет собой реликт первоначаль-
но сплошной водной оболочки Земли. Ее частичное исчезновение с по-
верхности Земли объясняется либо уходом в подземные пустоты
(Н. Стено, Г. Лейбниц), в чем очевидно влияние наблюдений над широ-
ко распространенными в Средиземноморье карстовыми процессами,
либо, что более правдоподобно, активным подъемом отдельных участ-
ков морского дна при вулканических извержениях (А. Моро) и (или) зем-
летрясениях (английский естествоиспытатель Р. Гук).
Противоположную концепцию о вторичном образовании океана (оке-
анов) высказал Р. Декарт, выделявший в своем гипотетическом разрезе
через земной шар особую водную оболочку, за счет которой позднее и
образовался Мировой океан.
Вторая концепция (Р. Декарта) довольно быстро сошла со сцены, в
то время как первая сохраняла свое значение почти до наших дней. Она
легла в основу нептунистической теории А. Вернера, благополучно пе-
режила ее крушение и была достаточно популярна вплоть до середины
XX в., особенно среди американских геологов, по вполне понятным при-
чинам. Дело в том, что палеогеографические построения по Северной
Америке, в частности Ч. Шухерта, неизменно приводили к выводу, что
морские трансгрессии наступали на этот континент со стороны ныне
существующих океанов: Тихого, Атлантического, Северного Ледовито-
го, что естественно наводило на мысль о постоянстве этих океанов. Еще
в середине нашего века, исходя из подобных представлений, многие уче-
ные ожидали, что в современных океанах, особенно в Тихом, мог сохра-
ниться полный разрез осадочных отложений фанерозоя и даже докемб-
102
Глава 8
рия, а в 1959 г. один из будущих основоположников тектоники плит
Дж.Т. Вилсон полагал, что Срединно-Атлантический хребет является
древнейшей структурой Земли. И только с началом океанских экспеди-
ций 50-60-х годов стала ясной иллюзорность этих предположений, окон-
чательно развеянных в процессе глубоководного бурения.
Серьезные сомнения в их справедливости появились, однако, значи-
тельно раньше, уже на рубеже XIX-XX столетия, когда Э. Зюсс, обоб-
щая регионально-геологические материалы для своего “Лика Земли”
[Suess, 1901], пришел к заключению о существовании в позднем палео-
зое и раннем мезозое суперконтинента Гондвана, объединявшего Афри-
ку, Мадагаскар и Индостан и, следовательно, охватывавшего и площадь
современного Индийского океана. Вскоре оказалось, что Гондвана вклю-
чала также Южную Америку, Австралию и Антарктиду, а чуть позднее
А. Вегенер [Wegener, 1915] показал, что Гондвана была лишь частью
более крупного суперконтинента - Пангеи. Тем самым выяснилось, что
не только Индийский, но и Атлантический океан является новообразо-
ванием, возникшим в середине мезозоя, что в дальнейшем было под-
тверждено глубоководным бурением. И только в отношении Тихого оке-
ана продолжало удерживаться мнение о его значительно большей древ-
ности, даже первичности. Например, Г. Штилле [Stille, 1948, 1958]
различал праокеаны (Urozeane) и новые океаны (Neuozeane). К первым
он отнес Тихий океан и часть Атлантического. Мнение это было основа-
но на характере структурных соотношений Тихого океана с его перифе-
рическим горно-складчатым поясом и на присутствии в пределах после-
днего глубоководных осадков, начиная с раннепалеозойских, свидетель-
ствующих о трансгрессиях со стороны этого океана.
Установление относительной молодости Атлантического и Индийс-
кого океанов потребовало объяснения их происхождения. Э. Зюсс, а за
ним А. Борн [Вот, 1932], А.Д. Архангельский [1947] и В.В. Белоусов
[1954] прибегли к предположению об обрушении континентальных масс,
некогда якобы существовавших на месте этих океанов. При этом первые
три исследователя не учитывали, что современная кора этих океанов резко
отличается и по мощности, и по составу от континентальной, что было
предсказано еще в 10-е годы нашего века И. Д. Лукашевичем [1909-1911]
и А. Вегенером исходя из принципа изостазии и впоследствии, уже в
50-е годы, получило полное подтверждение сейсмическими исследова-
ниями. И только В.В. Белоусов учел этот факт, предложив свою гипотезу
базификации, или океанизации континентальной коры при ее раздроб-
Происхождение и возраст Мирового океана 103
лении и погружении под воздействием базальтовых расплавов. При этом
В.В. Белоусов пошел значительно дальше своих единомышленников и в
другом отношении, полагая, что все океаны, в том числе и Тихий, явля-
ются молодыми, мезозойскими. Отсюда следовал вывод, что в середине
мезозоя наступил принципиально новый этап эволюции земной коры -
этап деструкции континентальной коры, “базальтового потопа” и океа-
нообразования. Этого представления В.В. Белоусов придерживался до
конца жизни, судя по опубликованной работе [Белоусов, 1991].
Поскольку молодость коры современных океанов, включая Тихий,
получила убедительное подтверждение в материалах глубоководного
бурения, естественно встал вопрос о существовании океанов в палеозое
и докембрии. Ответ на него может быть получен с помощью четырех
категорий данных: 1) палеомагнетизма; 2) присутствия офиолитов, а так-
же проявлений островодужного магматизма; 3) развития глубоководных
осадков, особенно турбидитов, контуритов, приливно-отливных отложе-
ний; 4) распространения глубоководной фауны и разорванных и контра-
стирующих ареалов мелководной фауны.
Палеомагнитные данные достаточно определенно указывают на
существование палеозойских океанов как широких пространств, раз-
деляющих континенты. Ширина этих океанов - Япетуса, Палеоазиат-
ского, а также раннемезозойского Тетиса (на востоке) - могла достигать
3-5 тыс. км, т.е. быть сравнимой с шириной современной Атлантики.
Менее однозначно определяется ширина позднедокембрийских океанов,
поскольку в течение значительной части позднедокембрийского време-
ни континенты соединялись в единый суперконтинент - Пангею I [Piper,
1983]. Но вот недавно были получены данные относительно ширины
океана, разделявшего в пределах будущего Канадского щита континен-
ты Слейв и Сьюпириор. Она составляла порядка 5 тыс. км [Symons, 1991].
Таким образом, уже в раннем протерозое на Земле существовали морс-
кие бассейны, сравнимые по ширине с современными океанами.
Изучение офиолитов и обнаружение в конце 60-х годов их сходства,
если не полного тождества с корой современных океанов1, показало, что
палеозойские морские бассейны обладали корой океанского типа и, сле-
довательно, должны рассматриваться как аналоги современных океанов
не только в физико-географическом, но и в геолого-геофизическом смыс-
1 Это сходство пытается оспорить В.В. Белоусов, опираясь на исследование Б.Г. Лут-
ца [1980], но его признает подавляющее большинство специалистов во всем мире.
104
Глава 8
ле. Исходя из того же принципа изостазии, которым руководствовались
И.Д. Лукашевич и А. Вегенер, необходимо допустить, что глубина па-
леозойских океанов была вполне сопоставима с глубиной современных
океанов, поскольку континентальная кора обладала такой же мощно-
стью, как и нынешняя.
В последние годы офиолиты выявлены в ряде складчатых систем не
только позднедокембрийского, но и раннепротерозойского возраста, что
дает возможность распространить эти выводы и на значительно более
раннюю историю Земли. Что касается архея, то в низах разрезов, столь
характерных для этого эона зеленокаменных поясов, залегают серии по-
род, тоже весьма напоминающие офиолитовые комплексы. Ряд исследо-
вателей считает их настоящими офиолитами, другие же усматривают
черты как сходства, так и различия между ними. Можно предположить,
что архейские глубоководные бассейны обладали корой, сходной с со-
временной океанской, но более мощной [Abbott, Drury, 1994] и несколь-
ко отличной по составу, в связи с чем эти бассейны могли быть несколь-
ко менее глубокими, а также, вероятно, менее широкими, напоминая ско-
рее окраинные моря, о чем уже писал Б. Уиндли [Windley, 1984], чем
открытые океаны. По расчетам же О.Г. Сорохтина и С.А. Ушакова [1991],
глубина океанов в позднем архее составляла 350-700 м, в начале ранне-
го протерозоя - 870 м, а в среднем протерозое (1,2 млрд, лет назад) - уже
2900 м. Однако расчеты О.Г. Сорохтина и С.А. Ушакова для раннего до-
кембрия могут считаться заниженными, поскольку эти авторы отрицают
сколько-нибудь значительную эндогенную активность Земли в первые
600 млн. лет ее истории.
Литологические признаки существования глубоководных бассейнов
уже в раннем докембрии, и в частности в архее, были недавно удачно
суммированы А.И. Конюховым [1992]. Наряду с развитием турбидитов
и контуритов особенно показательны в этом отношении отложения при-
ливно-отливной зоны, если учесть, что приливы могут отчетливо прояв-
ляться лишь в достаточно широких и открытых морях. Следовательно, и
литологические признаки свидетельствуют в пользу существования круп-
ных глубоководных бассейнов не только в палеозое, но в докембрии.
Что касается палеонтологических свидетельств существования оке-
анов, то для палеозоя такими свидетельствами являются принадлежность
к различным зоогеографическим провинциям противоположных окра-
ин океанов, выделяемых на палеомагнитных реконструкциях. Класси-
ческим примером является Палеоатлантический океан, больше извест-
Происхождение и возраст Мирового океана
105
ный в литературе под названием Япетуса, ограниченный в кембрии-си-
луре с одной стороны континентом Лаврентия, а с другой - континентом
Балтика, окраины которых характеризовались весьма различными комп-
лексами мелководной фауны. О существовании Тихого океана уже в кем-
брии свидетельствуют различия фауны трилобитов Антарктиды, Авст-
ралии, а также Южного Китая и Северной Америки по другую сторону
Пацифики. В среднем палеозое значительные различия наблюдались
между фауной окраин Лавруссии, возникшей в результате объединения
Лаврентии и Балтики, с одной стороны, и Гондваны, с другой. В мезозое
заметно различалась фауна северной, лавразийской, и южной, гондван-
ской, окраин Тетиса.
К сожалению, данный метод не работает в докембрии по вполне по-
нятной причине отсутствия фаунистических остатков. Другой палеонто-
логический метод - установление присутствия глубоководных организ-
мов - практически применим лишь в еще более узких временных преде-
лах - поздний мезозой и кайнозой, когда присутствие океанов на Земле
уже не вызывает особых сомнений.
Совокупность же данных, полученных всеми четырьмя методами -
палеомагнитным, офиолитовым, литологическим, палеонтологическим,
достаточно убедительно свидетельствует о существовании не только па-
леозойских, но и докембрийских океанов. В связи с этим вызывает удив-
ление позиция тех исследователей, которые, подобно В.В. Белоусову, но
исходя из других соображений и геодинамических моделей, отрицают
реальность домезозойских океанов. К ним относятся, в частности, лито-
логи Геологического института РАН И.В. Хворова [1984], П.П. Тимофе-
ев, В.Н. Холодов [1984]. Справедливо отмечая увеличение глубоковод-
ное™ современных океанов в течение позднего мезозоя, естественно
связанное с их расширением в процессе спрединга, а также определен-
ные отличия палеозойской “геосинклинальной” седиментации от более
поздней (преобладание кремненакопления над карбонатонакоплением,
объясняемое, очевидно, изменением состава породообразующих орга-
низмов) и указывая, наконец, на господство среди палеозойских отложе-
ний мелководных образований, обусловленное, надо полагать, преиму-
щественной субдукцией более глубоководных осадков, эта группа уче-
ных приходит к неправомерному выводу, что палеозойские моря не имели
ничего общего с современными океанами. Этот вывод находится в яв-
ном противоречии с приведенными выше данными, полученными прин-
ципиально различными методами.
106
Глава 8
Отрицают существование домезозойских океанов и сторонники ги-
потезы расширяющейся Земли. По их мнению, океаны, впервые появи-
лись в мезозое в результате продолжавшегося процесса расширения Зем-
ли. Здесь надо заметить, что как перед этими, так и перед другими ис-
следователями, отстаивающими пбзднее появление океанов на Земле,
неизменно встает один роковой вопрос: откуда взялся тот огромный объем
воды, который заполнил новообразованные океанские впадины? Эта вода
не могла быть продуктом осушения эпиконтинентальных морей - ее было
бы явно недостаточно, да и такого всеобщего осушения в начале мезозоя
не произошло. Неверно и представление о том, что в фанерозое проис-
ходило неуклонное сокращение площади эпиконтинентальных морей.
Напротив, до девона эта площадь все время нарастала [Сеславинский,
1987]. Вода могла появиться лишь в процессе вулканических изверже-
ний, прежде всего в процессе образования базальтовых покровов второ-
го слоя океанской коры. Но уже проводившиеся подсчеты [Ронов и др.,
1979] и их уточнение показывают, что возможный объем воды, выделив-
шейся с базальтовыми излияниями, формирующими второй слой совре-
менной океанской коры, может составить лишь 3 км3, т.е. 0,000004% (!)
общего объема воды современных океанов*. Эту цифру вряд ли может
существенно увеличить объем воды, выделившейся вместе с платоба-
зальтами континентов, а воду островодужных вулканов трудно считать
ювенильной, ибо она является в основном производной субдуцирован-
ной океанской коры.
П.П. Тимофеев и В.Н. Холодов [1984] пишут, что “в постпалеозой-
ское время благодаря усилению процессов диагенеза, катагенеза и мета-
морфизма осадочный чехол потерял большое количество рассеянной
воды и стал прародителем современного океана” (с. 27). Это предполо-
жение представляется совершенно неправдоподобным. Во-первых, нет
никаких данных, подтверждающих усиление указанных процессов в
постпалеозое. Во-вторых, тогда же шло и поглощение вод осадками, а
их отдача могла идти за счет этих седиментационных вод.
Поскольку докембрийское время составляет 7/8 общей продолжитель-
ности истории Земли, а основная ее дегазация происходила на ее ранних
стадиях, надо полагать (так считал и В.И. Вернадский [1983]), что к на-
1 Исходя из объема базальтов второго слоя океанской коры 516,6 км3 (учитывая суб-
дуцированную его часть) и содержания в их магме воды 0,5%, по А. А. Кадику (лич-
ное сообщение).
Происхождение и возраст Мирового океана
107
чалу фанерозоя объем воды в Мировом океане уже был достаточно бли-
зок к современному и в самом фанерозое имело место лишь его перерас-
пределение, в основном между Тихим океаном и более молодыми океа-
нами, в процессе становления и распада Пангеи. Косвенным подтверж-
дением справедливости сохранения гипсометрических соотношений
между океанами и континентами, а значит, и объема и глубины после-
дних, служит относительно небольшая амплитуда колебаний уровня оке-
ана в фанерозое, не превышающая, по П. Вэйлу [Vail et al., 1977] и А. Хэл-
лему [Hallam, 1992], 600 м, причем при определенном влиянии гляцио-
эвстатической компоненты, могущей достигать 200 м.
А когда и как появилась жидкая вода на Земле? Выше уже упомина-
лось, что Г. Лейбниц впервые высказал мысль, что водная оболочка воз-
никла при охлаждении Земли и конденсации окутывавшего ее водяного
пара. Однако с отказом в конце XIX - начале XX вв. от горячих космого-
ний этот взгляд был пересмотрен, и после выхода работ У. Раби [Rubey,
1951] и А.П. Виноградова [1959] утвердилось представление, что перво-
начально Земля была лишена как газовой, так и водной оболочек и что
они образовались позднее, в ходе постепенной дегазации земных недр в
процессе вулканической деятельности.
Роль такой дегазации очевидна, но в последние годы наблюдается
возвращение к идеям Г. Лейбница, поскольку астрономы вновь обрати-
лись к горячей космогонии и стало выясняться, что при соударении пла-
нетезималей должно было выделяться не только значительное количе-
ство тепла, но и опрёделенное количество газов, которое могло создать
атмосферу, а затем, с охлаждением Земли, и гидросферу. Так, в докладе
японского ученого Т. Матсуи на сессии Международного геологическо-
го конгресса в Киото в 1992 г. утверждалось, что модель аккреции пла-
нетезималей предусматривает образование атмосферы импактного про-
исхождения, основными компонентами которой должны были быть вода
и производные углерода. Эта атмосфера стала неустойчивой по мере
уменьшения энергии импактного воздействия и конденсировалась в океан
на конечной стадии аккреции. При этом допускается, что в дополнение к
импактной дегазации важную роль в эволюции атмосферы и океана так-
же должна была играть последующая дегазация летучих из мантии
[Matsui, 1992].
Первые прямые свидетельства появления жидкой воды на поверхно-
сти Земли были получены при изучении древнейших (3,9-3,8 млрд, лет)
пород Юго-Западной Гренландии, среди которых присутствуют желези-
108
Глава 8
стые кварциты явно водного происхождения. Не исключено, что жидкая
вода появилась на поверхности Земли на 200-300 млн. лет раньше.
В общем наиболее правдоподобным представляется следующий сце-
нарий развития поверхностной гидросферы:
1. В конце стадии аккреции за счет соударения планетезималей, т.е.
импактного механизма, образуется первичная атмосфера, содержащая
водяной пар. Через какое-то время, вероятно первые сотни миллионов
лет, из-за охлаждения поверхности Земли за счет конденсации этого пара
и частично дегазации недр возникает первичный океан.
2. Начиная с 4 млрд, лет; если не несколько ранее, появляются пер-
вые острова протоконтинентальной коры (см. гл. 3), расчленяющие этот
океан, еще достаточно неглубокий, на отдельные бассейны, в пределах
которых в среднем и позднем архее формируются энсиматические вул-
канические дуги, в дальнейшем примыкающие (аккретирующие) к про-
токонтинентам (см. гл. 5, 6).
3. К концу архея - началу протерозоя вероятно слияние всех конти-
нентальных массивов в единый суперконтинент - Пангею 0, поверхность
которого подвергается осушению. Если не допускать весьма маловеро-
ятного последующего значительного расширения Земли (см. гл. 19), сле-
дует предполагать одновременное образование в противоположном по-
лушарии единого же океана Панталасса.
4. В течение протерозоя и фанерозоя протекало несколько (два-три)
циклов формирования и распада Пангеи, из которых последней была
вегенеровская позднепалеозойская-раннемезозойская Пангея. Распад
Пангеи сопровождался новообразованием на континентальном полуша-
рия Земли океанов атлантического типа, возникновением новых Пангей
- их замыканием и уходом воды в Панталассу. К концу протерозоя объем
воды в Мировом океане и его уровень приблизились к современным; то
же касается и солевого состава.
До недавнего времени были значительные основания полагать что
современный и палеозойский Тихий океан - наследник и реликт проте-
розойской Панталассы. Однако прямые доказательства существования
Тихого океана примерно на его современном месте появляются лишь с
кембрия, а косвенные - формирование рифтогенных пассивных окраин
- с позднего протерозоя. В 1991 г. вышла серия статей американских гео-
логов Э. Мурса [Moores, 1991] и И. Диела [Dalziel, 1991], а также канад-
ского геолога П. Хоффмана [Hoffman, 1991], в которых была высказана
гипотеза, что еще в позднем протерозое Австралия и Антарктида свои-
Происхождение и возраст Мирового океана
109
ми восточными окраинами примыкали к западной окраине Северной
Америки (Лаврентии), образуя суперконтинент Родинию, а в конце про-
терозоя разделились в результате сначала континентального и затем меж-
континентального рифтогенеза. В начале палеозоя Австралия и Антарк-
тида окончательно оторвались от Северной Америки и, совершив дви-
жение против часовой стрелки вокруг Южной Америки и Африки,
составлявших Западную Гондвану, примкнули к этим материкам с вос-
тока вместе с Индостаном в качестве Восточной Гондваны, образовав в
конечном счете единый суперконтинент (рис. 19).
Рис. 19. Реконструкция предполагаемого позднепротерозойского
суперконтинента [Hoffman, 1991]
а: 1 - гренвильские пояса; 2 - догренвильские кратоны; позднекембрийская па-
леогеография после откола Лаврентии, отделения Балтики и последующего объеди-
нения Гондваны; б: 1 ~ фанерозойские пояса; 2 - установленная кора с возрастом
0,8-0,5 млрд, лет; 3 - панафриканские пояса
ПО Глава. 8
Главным основанием для выдвижения этой гипотезы1 явилось рази-
тельное сходство верхнепротерозойских разрезов восточных окраин
Австралии и Антарктиды и западной окраины Северной Америки.
Другое основание - при предлагаемой авторами гипотезы реконст-
рукции получается хорошее схождение поясов гренвильской складчато-
сти на разных материках северного и южного полушарий.
Гипотеза SWEAT получила поддержку ряда исследователей, но од-
новременно подверглась и критике. Г. Янг [Young, 1992] указал, что убе-
дительным подтверждением гипотезы могло бы явиться обнаружение в
разрезах Канадских Кордильер следов падения метеорита, содержащих-
ся в одновозрастных разрезах Восточной Австралии. Но главная уязви-
мость данной гипотезы состоит в краткости времени, которое ею отво-
дится на совершение Австралией и Антарктидой сложного маневра вок-
руг Южной Америки и Африки с перемещением на другую сторону
континентального полушария Земли. Б. Стори [Storey, 1993] показал, что
Антарктида должна была отделиться от Лаврентии не позднее 750 млн.
лет т.н. Между тем коллизия между Западной и Восточной Гондваной,
судя по материалам, касающимся Аравии и Индии, должна была про-
изойти не позднее 620 млн. лет т.н. При этом надо учитывать, что вос-
точная окраина Антарктиды с середины позднего протерозоя развива-
лась как активная, с несогласием между протерозоем и кембрием, а за-
падная окраина Лаврентии - как типично пассивная, с постепенным
переходом от протерозоя к кембрию.
Между тем анализ палеомагнитных данных, полученных по Австра-
лии, Антарктиде, Индии, т.е. по Восточной Гондване, с одной стороны,
и по Лаврентии - с другой, по мнению специалистов [Powell et al., 1993],
подтверждает существование суперконтинента Родинии1 2, объединивше-
го названные выше континенты к 1050 млн. лет т.н., и начало их разделе-
ния на рубеже 725 млн. лет т.н., приведшего к образованию Тихого океа-
на. Гондвана, как предполагают авторы последней работы, сформирова-
лась полностью лишь в конце протерозоя, возможно, только в среднем
кембрии.
Принятие гипотезы SWEAT не исключает существования позднедо-
кембрийской Панталассы, но заставляет поместить ее по западную сто-
рону Африки, северную - Австралии, восточную - Сибири и южную -
1 Одним из авторов, Э. Мурсом, для краткости она была названа “гипотеза SWEAT”
- South West United States - East Antarctica connection.
2 Название предложено в 1990 г. М. и Д. Мак Менамин.
Происхождение и возраст Мирового океана
111
Балтики и не считать современный Тихий океан непосредственным пре-
емником Панталассы.
Однако материалы по палеогеографии и палеотектонике раннего па-
леозоя и позднего протерозоя еще слишком ограниченны, чтобы сделать
уверенный выбор между предложенными в литературе весьма разноре-
чивыми реконструкциями. Потому эту сторону проблемы следует счи-
тать открытой для дальнейшего обсуждения.
Несмотря на то, что за последние годы осуществлен значительный
объем исследований, в особенности по Международной программе гео-
логической корреляции, картина не только не прояснилась, но, ско-
рее, даже еще больше запуталась.
С одной стороны, гипотеза SWEAT сначала получила дальнейшее
развитие в связи с открытиями в Южной Америке. В пограничном меж-
ду Чили и Аргентиной районе Анд, в зоне Предкордильеры было уста-
новлено существование карбонатной платформы верхнекембрийско-ниж-
неордовикского возраста, в отложениях которой неожиданно обнаружи-
лась фауна брахиопод, характерная не для Гондваны, к которой
принадлежит Южная Америка, а для Северной Америки - Лаврентии.
Оказалось далее, что фундамент этой платформы и соседнего с запада
блока Анд имеет гренвильский возраст; что еще больше сближает эти
террейны Анд с Лаврентией. А между Предкордильерой и массивом
Сьерры-Пампы, уже явно принадлежащим Гондване, простирается офи-
олитовый пояс ордовикского возраста, который может намечать след
океанского бассейна, отделявшего фрагмент Лаврентии, обнаруженный
западнее, от края Гондваны. Этот бассейн закрылся в позднем ордовике,
когда Предкордильера и смежные террейны примкнули к Гондване. Вся
эта ситуация была истолкована таким образом, что в раннем палеозое
Южная Америка, т.е. Западная Гондвана противостояла восточному краю
Северной Америки - Лаврентии, отделяясь от нее южным продолжени-
ем океана Япетус [Dalia Saida et al., 1992]. Очевидно, что это должно
было произойти уже после разворота Восточной Гондваны вокруг Лав-
рентии.
С другой стороны, в самые последние годы возникли большие со-
мнения в правильности исходной посылки гипотезы SWEAT, а именно
первоначального примыкания Лаврентии с запада к Восточной Гондва-
не - Австралии-Антарктиде. Появились альтернативные реконструкции,
в которых в составе суперконтинента Родиния допускалось сочленение
с Лаврентией не Австралии-Антарктиды, а Сибири, верхнепротерозой-
112
Глава 8
ские разрезы восточной окраины которой действительно обладают боль-
шим сходством с соответствующими разрезами Кордильер, расположен-
ными непосредственно по другую сторону северной части Тихого океа-
на [Pelechaty, 1991].
Подобные реконструкции, в отличие от SWEAT, не требуют по-
следующего достаточно быстрого разворота Австралии и Антарктиды
вокруг Западной Гондваны. Они получили и некоторое палеомагнитное
подтверждение [Павлов, Галле, 1999; Павлов и др., 2002]. А известный
британский палеомагнитолог Дж. Пайпер [Piper, 2000] предложил рекон-
струкцию мезопротерозойского суперконтинента, названного им Палео-
пангеей, менее радикально отличающуюся по взаимному расположению
континентальных блоков от более поздней Пангеи, чем реконструкции
сторонников гипотезы SWEAT (рис. 20).
Конечно, в настоящее время по-прежнему недостаточно данных для
окончательного выбора между альтернативными вариантами реконструк-
Рис. 20. Реконструкция Палеопангеи с обобщенным показом движений
от раннепротерозойской предшественницы [Piper, 2000]
1 - донеопротерозойские ядра кратонов; 2 - офиолитовые пояса; 3 - палеозой-
ские орогенные пояса; 4 - зоны сдвигов; 5 - направление поддвигания вергентности;
6 - анортозиты; 7- панафриканские гранулитовые пояса
Происхождение и возраст Мирового океана
113
ций для интервала 1000-500 млн. лет т.н. К тому же не все ясно с опреде-
лением времени образования, существования и распада суперконтинен-
та Родиния. А все это имеет непосредственное отношение к вопросу о
происхождении и возрасте Тихого океана.
Тем не менее достаточно очевидно, что этот океан, независимо от
его первичной конфигурации, должен был возникнуть не позднее по-
зднего протерозоя. Об этом непосредственно свидетельствуют датиров-
ки древних офиолитов юго-восточного Китая и юго-западной Японии.
Следует отметить еще одно обстоятельство. Примерно одновремен-
но с раскрытием Тихого океана в пределах будущей Западной Гондваны
раскрылось значительное число, вероятно, узких бассейнов с океанской
корой, самым крупным из которых был Мозамбикский океан, отделив-
ший Западную Гондвану от Восточной. К началу кембрия все эти бас-
сейны замкнулись, что и привело к становлению Гондваны как единого
мегаконтинента^Между тем Тихий океан продолжал, очевидно, расши-
ряться, как и другие новообразованные океаны, разделившие лавразий-
скую часть Родинии - Япетус, Палеоазиатский океан и Тетис, возник-
ший между лавразийскими континентами и Гондваной. Словом, исто-
рия Мирового океана достаточно сложна - она включала периоды сосу-
ществования суперконтинентов и суперокеана - Панталассы, и периоды
распада суперконтинентов с новообразованием и перераспределением
океанских бассейнов атлантического типа (см. также гл. 12).
ЛИТЕРАТУРА
Архангельский А.Д. Геологическое строение и геологическая история
СССР. 4-е изд. М., Л: Госгеолтехиздат, 1947. Т. 1. 415 с.
Белоусов В.В. Основные вопросы геотектоники. М.: ГОНТИ, 1954.600 с.
Белоусов В.В. Тектоносфера Земли: Взаимодействие верхней мантии и
коры. М.: Межвед, геофиз. ком., 1991. 70 с.
Вернадский В.И. Очерки геохимии. 4-е изд. М.: Наука, 1983. 422 с.
Виноградов А.П. Химическая эволюция Земли. М.: АН СССР, 1959.42 с.
Конюхов А.И. Сравнительный анализ древних и современных отложе-
ний континентальных окраин И Вести. МГУ. Сер. 4, геология. 1992.
№6. С. 38-50
Лутц Б.Г. Геохимия океанического и континентального магматизма. М.:
Недра, 1980. 215 с.
Лукашевич И.Д. Неорганическая жизнь Земли. Ч. 1-3. СПб. 1909-1911.
114
Глава 8
Павлов В.Э., Галле И. Реконструкция взаимного положения Сибири и
Лаврентии в конце мезопротерозоя по палеомагнитным данным И
Геотектоника. 1999. №6. С. 16-28
Павлов В.Э., Галле И., Петров П.Ю. и др. Уйская серия и позднепроте-
розойские силлы Учуро-Майского района: изотопные и палеомагнит-
ные данные подтверждают возможность вхождения Сибири в состав
суперконтинента Родиния И Геотектоника. 2002. № 4. С. 26-41
Ронов А.Б., Хайн В.Е., Балуховский А.Н. Сравнительная оценка интен-
сивности вулканизма на континентах и в океанах И Изв. АН СССР.
Сер. геол. 1979. № 5. С. 5-19
Сеславинский К.Б. Каледонское осадконакопление и вулканизм в исто-
рии Земли. М.: Недра, 1987. 198 с.
Сорохтин О.Г. Ушаков С.А. Глобальная эволюция Земли. М.: МГУ, 1991.
446 с.
Тимофеев П.П. Холодов В.Н. Эволюция бассейнов седиментации в исто-
рии Земли И Изв. АН СССР. Сер. геол. 1984. № 7. С. 10-34
Хворова И.В. Карбонатонакопление И (Тр. ГИН; Вып. 369). М.: Наука,
1984. С. 82-102
Abbott D., Drury R The effects of changes in subduction style over Earth
history. 2. The unsubductable to buoyant transition I I Geology. 1994.
Vol. 22. P. 937-940
Born A. Der geologische Aufbau der Erde // Handbuch der Geophysik. B.,
1932.
Dalia Saida L., Cingolani C. A. Varela R. Early Paleozoic orogenic belt of
Laurentia-Gondwana collision? // Geology. 1992. Vol. 20. P. 617-620
DalzielI. W.D. Pacific margins of Laurentia and East Antarctica as a conjugate
rift pair: Evidence and implications for an Eocambrian supercontinent //
Geology. 1991. Vol. 19. P. 598-601
Hallam A. Phanerozoic sea-level changes. N.Y.: Columbia Univ, press, 1992.
206 p.
Hoffman P.F. Did the breakout of Laurentia turn Gondwanaland inside out?
// Science. 1991. Vol. 252. P. 1409-1412
Matsui T. Formation and coupled evolution of the atmosphere, ocean and
continents of the Earth // XXIX Intern. Geol. Congr.: Abstr. Pap. Kyoto,
1992. Vol. 1. P. 3
Moores E.M. The Southwest US - East Antarctic (SWEAT) connection:
A hypothesis // Geology. 1991. Vol. 19. P. 425-428
Происхождение и возраст Мирового океана 115
Pelechaty S.M. Stratigraphic evidence for the Siberia-Laurentia connection
and early Cambrian rifting // Geology. 1991. Vol. 24. P. 719-722
Piper J.D.A. Dynamics of the continental crust in Proterozoic times // Geol.
Soc. Amer. Mem. 1983. N 161. P.11-34
Piper J.D.A. The Neoproterozoic supercontinent: Rodinia or Palaeopangea?
// Earth Planet. Sci. Lett. 2000. Vol. 176. P. 131-146
Powell C.McA., LiZ.X., McElhinny M.W. et al. Paleomagnetic constraints on
timing of the Neoproterozoic breakup of Rodinia and the Cambrian
formation of Gondwana//Geology. 1993. Vol. 21. P. 889-892
Rubey W.W. Geologic history of sea water: An attempt to state the problem //
Bull. Geol. Soc. Amer. 1951. Vol. 62. N 9. P. 1111-1148
Stille H. Ur- und Neuozeane // Abh. Dt Akad. Wiss. Math.- naturwiss. KI. Jg.
1948. N 6.
Stille H. Einiges bber die Weltozeane und ihre Umramungsraume I I Geol. Jb.
1958. H. 3/6
Storey B.C. The changing face of late Precambrian and early Paleozoic
reconstructions // J. Geol. Soc. 1993. Vol. 150. P. 665-668
Suess E. Das Antlitz der Erde. Wien: Tempsky, 1901. Vol. 3/1.
Symons D. T.A. Paleomagnetism of the Proterozoic Wathaman batholith and
the suturing of the Trans-Hudsonian orogen in Saskatchewan // Canad. J.
Earth Sci. 1991. Vol. 28. P. 1931-1938
Vail P.R., Mitchum R.M., Todd R.G. et al. Seismic stratigraphy and global
changes of sea level // Amer. Assoc. Petrol. Geol. Mem. 1977. N 26.
P. 49-212
Wegener A. Die Entstehung der Kontinente und Ozeane. Braunschweig. 1915.
Windley B.E The evolving continents. 2nd ed. N.Y. etc.: Wiley, 1984. 885 p.
Young G.M. Late Proterozoic stratigraphy and the Canada-Australia connection
// Geology. 1992. Vol. 20. P. 215-218
Глава 9
ВЕЛИКИЕ ОЛЕДЕНЕНИЯ:
ИХ ЧИСЛО И ПРИЧИНЫ
Существование покровного оледенения в полярных областях Земли
является одной из примечательных особенностей нашей планеты, выде-
ляющих ее среди других планет земной группы. Только на Марсе на-
блюдается нечто подобное, но очень специфическое и меньшее по сво-
им масштабам.
Уже более 100 лет назад было установлено, что современное покров-
ное оледенение Антарктиды и Гренландии - лишь реликт гораздо более
обширного оледенения, охватывавшего нашу планету всего 18 тыс. лет
назад; следовательно, мы живем в межледниковую эпоху. Это касается
прежде всего северного полушария - Северной Америки и Северной Ев-
разии. Во время максимума этого оледенения льды покрывали треть суши
и достигали многокилометровой толщины. Помимо основных, припо-
лярных, областей крупные ледники охватывали почти все горные систе-
мы мира, включая Альпы, Кавказ, Тянь-Шань, Тибет, Гималаи, Анды.
Поскольку из океана была изъята значительная масса водьц его уровень
снизился более чем на 100 м, а это не могло не отразиться на характере
осадконакопления в шельфовых областях и на рельефе суши. Средняя
температура у поверхности Земли упала на 5°, что существенно повлия-
ло на животный и растительный мир. Таким образом, глобального мас-
штаба оледение стало событием первостепенного значения в геологи-
ческой истории.
Сначала было распространено мнение, что этот последний и, как вы-
яснилось, не единственный ледниковый период укладывался в рамки чет-
вертичного периода, длительность которого ныне определена в 1,6 млн.
Великие оледенения: их число и причины
117
лет. Считалось даже, что это покровное оледенение - характерный при-
знак именно четвертичного периода, который в связи с появлением
человека был назван А.П. Павловым антропогеном. Но и род Ното по-
явился на 1,5 млн. лет раньше, и продолжительность последнего ледни-
кового периода оказалась намного больше первоначально предполагав-
шейся. Установить это удалось благодаря обнаружению в керне скважин
глубоководного океанского бурения, пробуренных в высоких и умерен-
ных широтах, типичных продуктов ледового разноса.
Таким образом, было определено, что оледенение в северном полу-
шарии началось уже в позднем миоцене, около 10 млн. лет назад, а оле-
денение Антарктиды - еще гораздо раньше, в олигоцене, около 30 млн.
лет т.н., если не во второй половине эоцена, около 40 млн. лет т.н. Сле-
довательно, последнее в истории Земли оледенение имело огромную
продолжительность, сравнимую с продолжительностью целого геологи-
ческого периода. Как мы увидим ниже, то же относится и к древним
оледенениям.
Довольно скоро после открытия последнего ледникового периода
выяснилось, что история развития этого оледенения была достаточно
сложной: она состояла из чередования эпох наступания и отступания
ледников, т.е. ледниковых и межледниковых эпох. Как уже отмечалось,
мы живем не в послеледниковую, а в межледниковую эпоху. В четвер-
тичном периоде в Северной Америке и в Северной Евразии ледниковых
эпох насчитывается пять. В настоящее время известно, что они наступа-
ли примерно каждые 100 тыс. лет (значение этой цифры будет показа-
но ниже).
Выявленная периодичность наступания и отступания ледников нуж-
далась в объяснении, и такое объяснение было предложено уже в первой
воловине XX в. сербским учецым М. Миланковичем. Выдвинутая им
гипотеза связывала изменения климата Земли, являющиеся причиной
чередования ледниковых и межледниковых эпох, с изменениями солнеч-
ной инсоляции. Если принять, что солнечное излучение для этого интер-
вала времени - величина постоянная, а это подтверждено ныне наблю-
дениями с искусственных спутников Земли, то интенсивность солнеч-
ной инсоляции оказывается зависимой от трех основных параметров,
определяющих “поведение” Земли на околосолнечной орбите.
Первый из этих параметров - наклон земной оси по отношению к
плоскости ее орбиты - чем он больше, тем больше амплитуда сезонных
колебаний: зима становится более холодной, лето - более жарким. Вто-
118
Глава 9
рой параметр - так называемая прецессия, выражающаяся в том, что зем-
ная ось описывает окружность по отношению к направлению на удален-
ные и поэтому кажущиеся неподвижными звезды. Изменение прецес-
сии влияет на инсоляцию косвенно, через третий параметр - эксцентри-
ситет земной орбиты, т.е. величину ее отклонения от окружности, ее
эллипсовидность. Двигаясь по своей орбите, Земля то несколько удаля-
ется от Солнца, то приближается к нему; крайнее приближение называ-
ется перигелием. Влияние изменений эксцентриситета на инсоляцию
состоит в том, что его увеличение усиливает эффект прецессии. После-
дний же определяет время прохождения Землей перигелия, когда кон-
трасты зимних и летних температур сглаживаются в одном полушарии и
возрастают в другом.
Изменения всех трех параметров вращения Земли обусловлены при-
тяжением Луны и других планет и носят периодический характер. На-
клон земной оси изменяется с периодом в 40 тыс. лет, прецессия совер-
шает полный круг за 20 тыс. лет, а цикл колебаний эксцентриситета -
100 тыс. лет. Все эти изменения сказываются на инсоляции, но даже их
суммарное воздействие очень невелико. Эксцентриситет вызывает лишь
небольшие изменения глобальной инсоляции, а наклон оси и прецессия
влияют не на суммарную инсоляцию, а лишь на ее распределение по
широтам и сезонам. И тем не менее последнее обстоятельство имеет, как
впервые выяснил М. Миланкович, решающее значение для возникнове-
ния оледенения, а именно: инсоляция высоких широт северного полу-
шария в летний период. Дело в том, что “наиболее существенно не то,
сколько снега накопится зимой, а то, сколько его сможет сохраниться и
не растаять в течение лета. Если высокие широты в летнее время будут
получать меньше солнечной энергии, то снег с большей вероятностью
сохранится до новой зимы. И если подобные условия продержатся мно-
го лет, то по мере уплотнения под собственной тяжестью снег будет пре-
вращаться в лед, формируя ледниковые покровы, и на Земле наступит
ледниковая эпоха. С другой стороны, при возрастании летней инсоля-
ции льда успеет растаять больше, чем могут возместить зимние снегопа-
ды, и на Земле установится климат, близкий к современному [Кови, 1984.,
с.31] (рис. 21).
Гипотеза М. Миланковича долго казалась довольно малоправдопо-
добной, пока в 1947 г. неожиданно не получила блестящее подтвержде-
ние. Произошло это в результате изотопного анализа океанских осадков,
проведенного американскими учеными Дж. Хейсом и Д. Имбри и анг-
Великие оледенения: их число и причины
119
I-
р1ЯИВ
Рис. 21. Теория сербского астронома М. Миланковича
Связывает наступление ледниковых эпох с изменениями трех параметров орби-
ты: эксцентриситета (степени отклонения орбиты от круговой), наклона земной оси
(угла между осью и перпендикуляром к плоскости орбиты) и времени прохождения
перигелия (момента наибольшего сближения Земли с Солнцем).
Каждый из этих параметров медленно изменяется под влиянием притяжения Луны
и других планет. Хотя глобальная годовая инсоляция меняется при этом мало, относи-
тельно сильные колебания испытывает летняя инсоляция высоких широт. Эксцентри-
ситет, наклон оси и время прохождения перигелия рассчитаны по методу А. Берже.
Эксцентриситет достигает максимальных значений приблизительно каждые 100 тыс.
лет, хотя в его вариациях выделяется также период около 400 тыс. лет. Циклы колеба-
ний наклона оси и времени прохождения перигелия имеют продолжительность соот-
ветственно 40 тыс. и 20 тыс. лет. Кривая изменения времени прохождения перигелия
не просто синусоида, в ней выделяются два цикла продолжительностью 19 тыс. и
23 тыс. лет. Показанные изменения июльской инсоляции относятся к полосе северных
широт между 60 и 70°. Расчет инсоляции производился по программе для ЭВМ, раз-
работанной Т. Ледли из Массачусетского технологического института и С. Томпсо-
ном из Национального научно-исследовательского центра по изучению атмосферы
(по: [Кови, 1984])
120
Глава 9
лийским ученым Н. Шеклтоном. К тому времени было установлено, что
изменения объема льдов на Земле находят свое отражение в изменениях
отношения тяжелого изотопа кислорода 18О к более легкому и шире рас-
пространенному изотопу 1бО. При испарении морской воды более тяже-
лые молекулы кислорода остаются в воде, более легкие уходят с дождем
и снегом. Соответственно во время оледенения отношение 18О к 16О в
морской воде возрастает, а в межледниковые эпохи убывает, и, чем боль-
ше это отношение, тем больше был объем материковых льдов. Остается
добавить, что содержание 18О в морской воде можно определить, изучая
изотопный состав кислорода в кальците раковин морских организмов.
Указанная выше группа исследователей не только установила коле-
бания содержания 18О в океанских осадках, но и сопоставила кривую
этих колебаний с изменениями параметров земной орбиты, предсказан-
ными гипотезой М. Миланковича, с использованием метода Фурье, обыч-
но применяемого для выявления периодических колебаний и определе-
ния их частот. Результаты оказались вполне положительными, причем
выяснилось, что из трех периодичностей главную роль играет цикл из-
менения эксцентриситета длительностью 100 тыс. лет, а изменения на-
клона земной оси с периодичностью в 40 тыс. лет и прецессия с перио-
дичностью в 20 тыс. лет дают на кривых пики меньшей амплитуды.
Эти выводы получили дополнительное подтверждение в математи-
ческих моделях, которые показали, что вариации орбиты действительно
могли вызвать климатические изменения с периодичностью в 100 тыс.
лет, а небольшое уменьшение инсоляции привести к обширному оледе-
нению. Тем самым гипотеза М. Миланковича, ранее весьма скептически
воспринимавшаяся большинством специалистов, теперь перешла в раз-
ряд теорий, дав в общем удовлетворительное объяснение феномену че-
редования ледниковых и межледниковых эпох в течение последнего лед-
никового периода. Оставалось, однако, некоторое недоумение по поводу
того, что на первое место среди параметров орбиты выступило именно
изменение эксцентриситета, в то время как расчеты М. Миланковича
показывали, что колебания наклона земной оси и прецессия должны были
иметь большее значение. Для объяснения этого парадокса американский
ученый К. Кови выдвинул идею, согласно которой здесь вступает в дей-
ствие дополнительный фактор - колебания в положении подледниково-
го ложа под нагрузкой льда или вследствие его таяния, которые также
могут иметь период в 100 тыс. лет и находиться в резонансе с изменени-
ями эксцентриситета, усиливая их влияние1.
Великие оледенения: их число и причины
121
Гораздо более важное, кардинальное значение имеет другое обстоя-
тельство: теория М. Миланковича объясняет факт чередования леднико-
вых и межледниковых эпох, но недостаточна для объяснения самого на-
ступления ледникового периода, чередования в истории Земли периодов
холодного и теплого климата, продолжительностью первых в десятки
миллионов, вторых даже в сотни миллионов лет. Ведь наступлению пос-
леднего ледникового периода предшествовало господство теплого и бо-
лее равномерного климата на протяжении 200 млн. лет; похолодание
началось лишь в палеоцене. Поскольку нет оснований предполагать
сколько-нибудь существенное изменение солнечного излучения за этот
период времени или более резкие колебания параметров земной орби-
ты, следует обратиться к другим, более земным факторам, в первую оче-
редь к перемещению литосферных плит и связанному с ним изменению
в расположении континентов, прежде всего относительно полюсов, их
рельефа, и в конфигурации разделявших их океанов. Так, хорошо извес-
тно, что формированию ледникового щита Антарктиды способствовало
не только ее положение в Южной полярной области Земли, которое она
заняла уже много раньше, но и образование сплошного водного простран-
ства вокруг нее в связи с отделением сначала Африки и Индии, затем
Австралии, наконец Южной Америки, повлекшим за собой возникнове-
ние циркум-антарктического холодного течения, изолировавшего Антар-
ктиду от теплых тропических вод. Нечто подобное произошло позднее и
в северном полушарии - раскрытие Арктического океана с его холодны-
ми водами и с изоляцией Северной Америки и Евразии, а также отде-
лившейся от них Гренландии. Отнюдь не случайно начало оледенения
Антарктиды совпало с началом на Земле альпийского горообразования,
а начало оледенения Арктики - с одним из наиболее крупных его паро-
ксизмов.
Для проверки этих предположений обратимся к более ранним лед-
никовым периодам в истории Земли [Harland, Herod, 1975].
Уже в середине XIX в. в Индии были открыты следы позднепалео-
зойского покровного оледенения, позже обнаруженные в Африке, Юж-
1 В деталях же речь идет о том, что ложе ледника должно опускаться под тяжестью
накапливающихся льдов, но одновременно происходит подъем поверхности ледни-
ка, сопровождающийся усиленным накоплением снега и его ростом Однако даль-
нейшее прогибание ложа ведет к опусканию поверхности ледника и к его таянию,
г.е. к уменьшению толщины. В итоге ложе ледника снова поднимается, а за ним и
поверхность ледника, что приводит к повторению цикла.
122
Глава 9
ной Америке, Австралии и наконец, уже в XX в,, в Антарктиде и на юге
Аравийского полуострова. Наиболее явными признаками этого оледе-
нения явились исштрихованное ложе, экзотические и также исштрихо-
ванные валуны, дропстоуны (отдельные твердые обломки, как бы взве-
шенные в глинистом или алевритовом материале, образовавшиеся при
выпадении из айсбергов на морское дно), наконец тиллиты (аналоги чет-
вертичных морен) и ленточные глины (отложения приледниковых озер).
Обширность площади, покрытой льдом, требовала объяснения, и наи-
более убедительное, хотя далеко не сразу получившее признание, было
предложено в 1915 г. А. Вегенером. Он предположил, что в позднем па-
леозое материки, охваченные оледенением, входили в состав единого
суперконтинента - Гондваны1. Проведенные много позже палеомагнит-
ные исследования подтвердили эту гипотезу и показали, что Гондвана в
то время занимала Южную полярную область Земли. В Северной поляр-
ной области преобладали морские условия, но кое-где, в частности в
Северо-Восточной Сибири, обнаруживаются осадочные образования,
содержащие дропстоуны, в Верхоянье они получили образное название
“рябчиков”, а позднепалеозойская морская фауна этой области состоит
из холоднолюбивых организмов.
Современные данные доказывают, что позднепалеозойское оледе-
нение началось в раннем карбоне в Южной Америке и Африке и продол-
жалось до казанского века поздней перми, т.е. имело общую длитель-
ность порядка 90 млн. лет, вдвое превосходящую длительность после-
днего ледникового периода (который, однако, нельзя считать завершив-
шимся). За это время положение материков, составлявших Гондвану,
относительно южного полюса заметно изменялось и соответственно из-
менялись очертания ледникового покрова (рис. 22). Поэтому начало и
конец оледенения различались на разных материках, а обширность тер-
ритории, охваченной позднепалеозойским оледенением, является резуль-
татом наложения нескольких разновозрастных и занимавших каждый
более ограниченную площадь ледниковых покровов.
Аналогично тому как последний ледниковый период совпал с аль-
пийской эрой горообразования, позднепалеозойский довольно точно со-
впадает с герцинской эрой, и оледенение Гондваны, частично в Андах,
могло носить горный характер. Но, чтобы вызвать крупное покровное
1 Существование Гондваны было ранее установлено Э. Зюссом, но, по мнению по-
следнего, она включала и океаны, разделявшие ныне составляющие ее континенты.
Великие оледенения: их число и причины
123
Iм На !*****! .о [HE3w F/ / Г? 11II к?
Рис. 22. Позднепалеозойское оледенение Гондваны по Л.П. Зоненшайну (основа)
и Н.А. Ясаманову (климатическая зональность)
S - Сибирь; LA - Лавразия; G - Гондвана; С - Китай; К - Казахстания, 1 - тилли-
ты; 2 - красноцвсты; 3 - лигниты; 4 - латериты; 5 - теплолюбивая фауна; 6- рифовые
постройки; 7-10 - границы климатических поясов: 7 - экваториального, 8 - тропи-
ческого и субтропического, 9 - субтропического и умеренного, 10 - умеренного и
холодного; 11 - горное оледенение; 12- материковое оледенение
оледенение, одного горообразования было недостаточно. Это доказыва-
ет пример киммерийской, мезозойской эры горообразования, которая не
сопровождалась подобным эффектом.
В 30-е годы появились сведения о следах позднедевонского оледене-
ния в Южной Америке (в Бразилии и Аргентине), а затем в Африке
(в Нигере и Гане). Истинные размеры площади Гондваны, охваченной
этим оледенением, неизвестны. Она может включать, в частности, и
124
Глава 9
Южную Африку. Возможно, это позднедевонское оледенение является
началом позднепалеозойского, поскольку последнее развивалось уже с
турнейского века раннего карбона. Вместе с тем можно указать на неко-
торое совпадение (с запозданием) с акадской эпохой тектогенеза.
В 60-е годы нашего века французские геологи обнаружили в центре
Сахары, на северной периферии горного массива Ахаггар, следы, еще
более раннего палеозойского оледенения, приходящегося на поздний
ордовик. В дальнейшем, они были установлены повсеместно в Африке,
от Марокко до Ливии и Капской провинции ЮАР, а также в Западной
Европе (Испания, Франция, Германия), на востоке Северной Америки и
в Южной Америке. Предполагается, что эти районы Европы и Северной
Америки тогда принадлежали северной периферии Гондваны. На край-
нем юге Африки и в Южной Америке (в Бразилии) оледенение сохраня-
лось и в раннем силуре [Hambrey, 1985].
Таким образом, общая продолжительность этого ледникового пери-
ода составляет около 35 млн. лет (карадок-венлок), что более чем вдвое
меньше позднепалеозойского, но сопоставимо с кайнозойским (правда,
еще не закончившимся). Очевидно также, что это оледенение охватыва-
ло меньшую площадь.
Но, как и в позднем палеозое, Гондвана, по крайней мере та ее часть,
которая подверглась оледенению, с Африкой в центре находилась в
Южной полярной области. Следует отметить еще, что позднеордовикс-
кое-раннесилурийское оледенение совпало с одной из главных эпох ка-
ледонского орогенеза - таконской.
Позднеордовикскому-раннесилурийскому оледенению предшество-
вало гораздо более обширное, вероятно даже превосходившее по пло-
щади позднепалеозойское, оледенение самого конца рифея - раннего
венда [Hambrey, Harland, 1985]. Оно было впервые установлено на край-
нем севере Норвегии, где и получило название варангерского, или лап-
ландского. Следы этого оледенения встречены в Северной Америке
(в Кордильерах от Калифорнии до Аляски) [Hoffman, 1990], в Европе
(от Скандинавии до Урала и запада Русской плиты), в Азии (Сибирь,
Китай), в Африке и Австралии.
Таким образом, ранневендское оледенение носило глобальный ха-
рактер и, по оценке Н.М. Чумакова [1992], не уступало по своему масш-
табу последнему, кайнозойскому оледенению. Даже если допустить, что
материки в то время располагались более компактно, и это в общем со-
гласуется с палеомагнитными данными, все равно это оледенение долж-
Великие оледенения: их число и причины
125
но было распространяться до очень низких широт. В Южной Австралии
это было опять-таки недавно подтверждено прямыми палеомагнитными
определениями и, надо признать, радикально противоречит положению
Австралии на нашей с Н.А. Ясамановым [Хайн, Ясаманов, 1987] рекон-
струкции. Кроме того, обращает на себя внимание то обстоятельство,
что в непосредственном соседстве с тиллитами в разрезах встречаются
карбонаты, в частности строматолитовые биогермы, и эвапориты. По-
этому объяснить “парадокс позднедокембрийского оледенения” [Чума-
ков, 1992] просто неточностью и недостаточностью палеомагнитных
данных, хотя и для того и для другого есть определенные основания, все
же невозможно.
Предложено много гипотез, пытающихся объяснить этот парадокс
(их критический обзор см. в статье Н.М. Чумакова), - от совершенно
фантастических до более правдоподобных. К последним относится ги-
потеза об ослаблении парникового эффекта вследствие интенсивного
накопления в позднем рифее карбонатов с изъятием из атмосферы боль-
шого количества углекислого газа [Worsley, Kidder, 1991]. Необходимо,
однако, отметить, что позднерифейское карбонатонакопление по своему
масштабу не представляло ничего особенно выдающегося по сравнению
с происходившим в некоторые эпохи фанерозоя, например в позднем
девоне - раннем карбоне или позднем мелу. Другая гипотеза связывает
вендское оледенение со значительным увеличением наклона земной оси.
Но это предположение маловероятно, так как в позднем докембрии Зем-
ля вращалась быстрее, чем в современную эпоху, и, следовательно, на-
клон оси ее вращения должен был быть не большим, а меньшим.
К числу гипотез, заслуживающих более серьезного внимания, сле-
дует отнести гипотезу, допускающую, что Земля при движении по своей
галактической орбите могла в позднем докембрии пересекать скопление
межзвездной пыли. К оценке вероятности такого предположения мы
обратимся в главе 20.
Во всяком случае, ясно, что ранневендское оледенение являлось дей-
ствительно глобальным и что оно само, или по крайней мере разнос его
продуктов, вероятно, айсбергами, достигало низких широт. Учитывая
недостаточную изученность хронологии этого оледенения, можно по
аналогии с позднепалеозойским допустить, что его ареал смещался во
времени вслед за перемещением континентов относительно полюса и
поэтому суммарный ареал был значительно шире такового каждого оле-
денения в отдельности. Однако и это не полностью решает проблему.
126
Глава 9
Временной интервал варангерского оледенения определен в 610-
590 млн. лет т.н. Следовательно, теплый период, отделявший его от по-
зднеордовикского оледенения, составлял 140 млн. лет. Основное текто-
ническое событие, которое предшествовало и сопутствовало варангер-
скому оледенению, - байкальский орогенез. В Европе он известен как
кадомский, в Африке - панафриканский, в Южной Америке - бразиль-
ский. Этот орогенез привел к становлению суперконтинента Гондва-
ны, спаяв отдельные континентальные блоки, которые до того разде-
лялись позднерифейскими морскими бассейнами. В пределах будущей
Лавразии роль байкальского орогенеза была менее значительной. Она
заключалась в основном в некотором аккреционном разрастании Во-
сточно-Европейского и Сибирского кратонов за счет Палеоазиатского
океана.
Варангерское оледенение не было единственным в позднем проте-
розое. Несколько раньше, примерно в интервале 850-800 млн. лет т.н., в
позднем рифее, имело место другое покровное оледенение. Следы обо-
их оледенении - ранневендского и позднерифейского - наиболее четко
представлены в Южной Австралии, где первое известно под названием
меринойского, а второе - стёртского. Два оледенения в позднем проте-
розое проявлены и в Экваториальной Африке (Конго, Замбия), а также
недавно установлены в горах Маккензи в Северо-Западной Канаде. Сле-
ды позднерифейского оледенения обнаружены и в Скандинавии, Запад-
ной Африке (синеклиза Таудени), в Южной Америке (синеклиза Сан-
Франсиску), в Сибири (Патомское нагорье), в Китае (платформа Янцзы).
Таким образом, распространение этого оледенения также было весьма
широким, хотя, возможно, и уступало варангерскому. Впрочем, не ис-
ключено, что в позднем рифее проявилось не одно, а два отдельных оле-
денения, на уровнях около 850 и 750 или 900 и 800 млн. лет т.н.
Как и все другие оледенения, о которых шла речь выше, позднери-
фейское оледенение совпало по времени с эпохой орогенеза, проявив-
шейся в середине позднего рифея, примерно на уровне 850 млн. лет т.н.,
и представлявшей раннюю фазу байкальского орогенеза. Она ярко выра-
жена в Сибири, Китае, Индии и в ряде других регионов Земли.
Существуют некоторые данные о проявлении покровных оледене-
ний в конце среднего рифея (1,2-1,1 млрд, лет т.н.). Если они реальны,
то можно снова констатировать совпадение с крупной эпохой орогенеза:
гренвильской - по североамериканской номенклатуре, дальсландской -
по западноевропейской, исседонской - по казахстанской.
Великие оледенения: их число и причины 127
Наиболее ранним достоверно установленным ледниковым периодом
в истории Земли является раннепротерозойский. Его следы были впер-
вые обнаружены в гуронской “системе” (надгруппе) Канадского щита в
виде тиллитов Говганда, ныне датируемых 2 млрд. лет. На признаки столь
же древнего оледенения указывают исследователи ятулийских отложе-
ний Карелии.
В литературе имеются указания на еще более древнее, позднеархей-
ское (2,8 млрд, лет т.н.) оледенение, следы которого были найдены в над-
группе Витватерсранд Южной Африки, знаменитой своей золото- и ура-
ноносностью.
Итак, не подлежит сомнению, что наша Земля на протяжении после-
дних почти 3 млрд, лет неоднократно переживала периоды глобальных
покровных оледенений (рис. 23). Возможность их появления определя-
лась возникновением крупных континентальных массивов. Из других
собственно земных факторов возникновению таких оледенений благо-
приятствовали: компактное расположение материков, причем в основ-
ном в высоких широтах, а также образование на материках крупных гор-
ных систем. Анализ причин позднекайнозойского оледения северного
полушария привел американского геолога У. Хэя [Нау, 1992] к выводу,
что оно было вызвано сочетанием целого ряда факторов климатического
порядка, но обусловленных изменениями в расположении континентов
и океанов и их рельефа. Конкретно указывается на поднятие Южной
Азии, юго-запада Северной Америки и Скандинавии, на образование
Центрально-Американского перешейка и на углубление Датского про-
лива. Все это вызвало усиление деятельности Гольфстрима, приток глу-
бинных вод из Норвежско-Гренландского моря, увеличение влажности в
умеренных широтах и т.д. Причем создается впечатление, что подобных
факторов, даже в их благоприятном сочетании, было недостаточно. Зна-
чительная роль могла принадлежать внеземным факторам, к числу кото-
рых относится уже упомянутое раньше прохождение Солнечной систе-
мой, включая, естественно, нашу Землю, в своем следовании по галак-
тической орбите темных скоплений межзвездной пыли. Совпадение этих
событий вряд ли могло быть случайным (подробнее см. гл. 20).
Что касается чередования ледниковых и межледниковых эпох в пре-
делах ледниковых периодов, то, как уже говорилось выше, его вполне
удовлетворительное объяснение дала теория М. Миланковича.
В этой главе было уделено довольно много места так называемому
парадоксу позднепротерозойского оледенения. Парадокс заключается в
128
Глава 9
Рис. 23. Изменения климата Земли за последние 570 млн. лет
ее истории, охватывающей 4,6 млрд, лет [Кови, 1984]
В далеком прошлом климат в целом был теплее современного, хотя есть данные о
том, что в отдельные периоды докембрия, в ордовикское и пермско-каменноугольное
время, существовали ледниковые покровы. Похолодание началось в конце мелового
периода, около 65 млн. лет назад. Первые постоянные ледниковые покровы появи-
лись, вероятно, в третичное время-в олигоцене. Последний, плейстоценовый, ледни-
ковый цикл начался около 1 млн. лет назад и насчитывает около 10 ледниковых эпох.
Сейчас Земля переживает межледниковье
том, что следы этого обширного оледенения были обнаружены вплоть
до очень низких (<25°) широт. Мною был сделан вывод, что проблема
еще ждет своего решения. Но недавно американские палеомагнитологи
произвели основательную ревизию всех палеомагнитных данных по по-
Великие оледенения: их число и причины
129
зднему протерозою и пришли к заключению, что никакого такого пара-
докса не существует. В действительности следы позднепротерозойских
оледенений не простираются за широту 25°, что в сочетании с более низ-
кой светимостью раннего Солнца, более низким содержанием СО2 в ат-
мосфере и действием факторов, указанных М. Миланковичем, вполне
способно объяснить распространение ледников до 25° от экватора.
Хронология покровных оледенений в истории Земли в настоящее
время может быть уточнена и пополнена сводками [Crowell, 1999] и [Evans,
2000], а также некоторыми другими работами следующим образом.
Самое древнее оледенение, установление в Южной Африке (Каапва-
альский эократон) датировано в 2,9 млрд, лет [Young et al., 1998]. Периг-
ляциальные образования несколько более молодого, но также позднеар-
хейского возраста - 2,53 млрд, лет, обнаружены в Танзанийском эокра-
тоне в Восточно-Центральной Африке.
Раннепротерозойский ледниковый период, согласно сводке Дж. Кроу-
элла, имеет возраст в интервале 2,4-2,2 млрд, лет; его наиболее досто-
верные следы по-прежнему относятся к Канадскому щиту. Имеются ука-
зания на проявление оледенений в конце среднего протерозоя с возрас-
том 1,1-1,0 млрд, лет на том же Канадском щите и в Западной, а возможно
и Центральной Африке, но они считаются мало достоверными [Evans,
2000].
В позднем протерозое покровные оледенения получили наиболее
мощное развитие, возможно, за всю историю Земли. Их следы установ-
лены на всех континентах, причем наиболее четко фиксируются два ин-
тервала - позднерифейский, 740-720 млн. лет т.н. (все континенты), и
ранневендский, 620-600 млн. лет т.н. (большинство континентов). Пер-
вый период известен в Австралии под названием стёртского (Sturtian), в
Северной Америке - рапитанского (Rapitan), второй в Европе давно из-
вестен как варангерский, или лапландский, а в Австралии как мериной-
ский (Marinoan). Но в литературе имеются указания о несколько более
поздних ледниковых эпохах: 580-570 млн. лет т.н. (поздний венд, Ава-
лония - Кадомия) и 454 млн. лет т.н. (граница венда-кембрия, Лаврен-
тия, Западная Африка, Южная Америка).
Палеозойские оледенения, согласно сводке Дж. Кроуэлла, датируют-
ся таким образом:
445-429 млн. лет, поздний ордовик - ранний силур;
363-353 млн. лет, поздний девон - ранний карбон;
338-256 млн. лет, поздний палеозой.
130
Глава 9
Начало позднекайнозойского оледенения Антарктиды определено не
позднее 38 млн. лет т.н., а Арктики - 2,7 млн. лет т.н..
В последние годы наибольшее внимание привлекла и вызывала жар-
кую полемику упоминавшаяся уже проблема климатического парадокса,
связанная с позднепротерозойским оледенением. Напомним, что она зак-
лючается в том, что следы этого оледенения (оледенений) обнаружены
преимущественно в низких (<30°) широтах; кроме того, в ряде районов
тиллиты или тиллоиды непосредственно перекрываются карбонатами,
свидетельствующими о теплом климате.
В связи с этими данными калифорнийский ученый Дж. Киршвинк
[KirshvinK, 1992] предложил гипотезу, согласно которой вся Земля в нео-
протерозое представляла огромный снежный шар, а ледники распрост-
ранялись до экватора. Эта гипотеза под названием “Snowball Earth” по-
лучила особую популярность после появления в 1998 г. работы П. Хоф-
фмана с соавторами из Гарварда [Hoffman et al., 1998]. В этой работе
были приведены данные по изотопии углерода для позднего неопроте-
розоя, указывающие, по мнению этих ученых, на полное затухание био-
логической продуктивности океанских вод в эту эпоху. Появление же
карбонатов в кровле тиллитов трактуется как проявление резкого потеп-
ления климата вследствие увеличения содержания СО2 в атмосфере и
соответственно - “парникового эффекта”. С этим событием, очевидно,
не случайно совпало появление в позднем венде богатой фауны бесске-
летных беспозвоночных, известной под названием эдиакарской.
Палеомагнитные данные, легшие в основу гипотезы “Снежного
шара”, подверглись критической ревизии в работе [Meert, van der Voo,
1994]; эти авторы пришли к заключению, что нет достоверных опреде-
лений, указывающих на образование ледниковых отложений в тропи-
ческих широтах. Однако в более позднем обзоре [Evans, 2000], учитыва-
ющем новые геохронологические и палеомагнитные определения, сде-
лан совершенно противоположный вывод - нет ни одного надежного
определения, указывающего на высокие широты. Таким образом, гипо-
теза “Снежного шара” сохраняет свое правдоподобие. Оставалось, впро-
чем, неизвестным, охватывало ли неопротерозойское оледенение весь
земной шар, включая океаны, или оставалось незамерзшее водное про-
странство в собственно экваториальной зоне?
На этот вопрос попытались ответить с помощью моделирования кли-
мата подобного климату ледникового периода. Первую попытку в этом
направлении предпринял еще в 60-ые годы русский ученый М.И. Буды-
Великие оледенения: их число и причины 131
ко, определяя баланс между поступающим на Землю солнечным излуче-
нием и отдачей его Землей. Он пришел к выводу, что однажды подверг-
шаяся оледенению Земля не могла бы вернуться в первоначальное со-
стояние. Это исследование показало, что большую трудность представ-
ляет объяснение исчезновения ледникового покрова, которое к тому же
произошло чрезвычайно быстро, чуть ли не в течение двух тысяч лет,
чем возникновение оледенения. В самое последнее время были пред-
приняты новые попытки смоделировать позднепротерозойский климат
с использованием компьютерной техники и исходя из модели “Снежно-
го шара” [Hyde et al., 2000; Kerr, 2001]. Результатом явилось получе-
ние модели, в которой в экваториальной области остается незамерзшее
пространство. Эта, более “мягкая” версия гипотезы “Снежного шара”
открывает возможность выживания планктонных организмов в личи-
ночной стадии, подготовив их последующую диверсификацию [Runne-
gar, 2000].
Все эти предположения очень заманчивы, но надо признать, что они
должны быть подкреплены достаточным объемом достоверного факти-
ческого материала - стратиграфического, геохронологического и палео-
магнитного, а также должны быть обязательно сопоставлены с палин-
спастическими реконструкциями, по крайней мере для интервалов 740-
720 и 620-600 млн. лет т.н. (стёртий и варангий). На сегодня, согласно
сводке Д. Ивенса [Evans, 2000], лишь 16 палеомагнитных определений
могут быть признаны достоверными, и это для двух ледниковых перио-
дов, отстоящих один от другого на целых сто миллионов лет! Ведь за
это время положение континентальных блоков заведомо существенно
изменилось.
Не получило убедительного объяснения и само происхождение гло-
бального оледенения подобного масштаба, как позднепротерозойское.
Выше уже упоминалось об оригинальной гипотезе, выдвинутой Г. Виль-
ямсом еще в 1977 году. Согласно этой гипотезе, объяснение данного фе-
номена заключается в допущении более значительного наклона земной
оси по отношению к плоскости эклиптики. Не говоря уже о том, что при
этом остается неизвестной причина такого изменения и перехода к фа-
нерозойскому положению, в этом случае оледенение должно было охва-
тывать лишь тропические широты и отсутствовать в умереннных и вы-
соких широтах, чему, однако, противоречат некоторые данные, правда,
нуждающиеся в подтверждении (лапландское поздневендское оледе-
нение и др.).
132
Глава 9
Дискуссия между сторонниками двух версий концепции “Snowball
Earth” - крайней, с принятием полного оледенения Земли, и умеренной,
с допущением сохранения незамерзшего приэкваториального океанско-
го пространства, продолжается. Об этом свидетельствует публикация в
журнале “Nature” дискуссионных статей (Schrag D.P., Hoffman P.F., 2001;
Hyde W.T., Crowley T.J., Baum S.K., Peltier W.R., 2001) под общим загла-
вием “Life, geology and Snowball Earth” (Nature, 2001, v.409, p.306).
Полемика по вопросу о состоятельности гипотезы “Snowbull Earth”
в ее крайней форме, предложенной П. Хоффманом, продолжалась и на
майском собрании Американского геофизического общества [Kerr, 2000].
Наибольшее внимание здесь привлекло сообщение М. Кеннеди и его
коллег, позднее частично изложенное в последнем номере журнала
“Geology” за тот же 2001 г. [Kennedy et al., 2001]. Эти исследователи в
основу своих рассуждений положили изучение изменений отношений
изотопов углерода в ледниковую и послеледниковую эпоху. В отличие от
П. Хоффмана и Д. Шрага они установили на примерах из Африки, Авст-
ралии и Северной Америки, что резкое снижение 513С свойственно лишь
послеледниковым карбонатам, так называемой карбонатной покрышке.
Отсюда следует, что предположение П. Хоффмана о связи снижения 513С
в ледниковые эпохи с отмиранием экосистем вследствие полного замер-
зания океанов не имеет под собой основания. Авторы данной работы
считают также несостоятельным объяснение обратного повышения 813С
в кровле карбонатных покрышек усилением выветривания пород суши
после таяния ледникового покрова. Между тем М. Кеннеди и др. объяс-
няют понижение 513С в карбонатных покрышках биологическим (мик-
робиальным) окислением метана, высвободившегося из содержавшихся
в вечномерзлом слое газогидратов при затоплении суши водами таяв-
ших ледников.
В общем представляется, что “мягкий вариант” позднепротерозой-
ского глобального оледенения, оставляющий незатронутыми централь-
ные части океанов, предпочтительнее первоначального “жесткого” ва-
рианта полного превращения Земли в снежный шар.
Совсем недавно в нашей печати появилась краткая, но весьма
важная работа Н.М. Чумакова [2001а], позволяющая существенно допол-
нить выводы, сделанные в заключении основного текста данной главы.
Н.М. Чумаков, рассмотрев последовательность великих оледенений в те-
чение неопротерозоя и фанерозоя, пришел к выводу об их периодиче-
ском проявлении примерно через каждые 150 млн. лет (в общем совпа-
Великие оледенения: их число и причины
133
дающем с циклами Бертрана, см. гл. 13) и сопоставил их с проявления-
ми эндогенной активности Земли (рис. 24) и, прежде всего, вулканиз-
мом двух типов - островодужным и плюмовым. Это сопоставление при-
Рис. 24. Оледенения и некоторые тектонические и магматические события в
фанерозое, венде и поздчем рифее [Чумаков, 2001]
Тектонические эпохи (фазы): АТТ - аттическая; ПИР - пиренейская; ЛАР - лара-
мийская; АВС - австрийская; П-КИМ - позднекиммерийская; Р-КИМ - раннекимме-
рийская; ПФА - пфальцская; ЗААЛ - заальская; ACT - астурийская; СУД - судетская;
БРЕТ - бретонская; АКАД - акадская; АРД - арденская; ТАК - таконская;
САЛ - салаирская; П - панафриканская; ПХ - мезозойское похолодание
134
Глава 9
вело Н.М. Чумакова к заключению, что “усиление островодужного вул-
канизма, с которым связан эксплозивный тип извержений, приводило к
снижению прозрачности атмосферы, понижению температуры на Земле
и оледенениям. Ослабление островодужного вулканизма во время глав-
ных тектонических фаз способствовало увеличению прозрачности ат-
мосферы. Метаморфизм, размыв осадочных углеродсодержащих толщ
орогенов, а также рост вулканизма, в том числе мантийно-плюмового,
представляют главные источники увеличения содержания СО2 в атмо-
сфере. Их совместное проявление во время главных тектонических фаз
привело к существенному усилению парникового эффекта, быстрому по-
теплению и прекращению оледенений” [Чумаков, 2001а, с.658-659].
Напомним, что автор данной книги в выводах о причинах великих
оледенений в заключении к соответствующей главе наряду с компакт-
ным расположением крупных континентальных масс преимущественно
в полярных и приполярных областях и возникновением в их пределах
мощных горных систем, т.е. орогенезом, указывал на снижение содер-
жания СО2 в атмосфере, влекущее за собой понижение парникового эф-
фекта. Теперь соображения Н.М. Чумакова позволяют развить и конкре-
тизировать это положение, увязав его с ритмом эндогенной активности
Земли. Следует упомянуть еще два момента, отмеченные Н.М. Чумако-
вым: во-первых, некоторое смещение во времени циклов великих оледе-
нений по отношению к тектоническим циклам Бертрана, и, во-вторых,,
вариации в проявлении островодужного и плюмового магматизма с пе-
риодом в десятки миллионов лет, которые могут быть сопоставлены с
циклами Штилле (см. гл. 13) и объяснить климатические колебания под-
чиненного порядка по отношению к циклам “великих оледенений”.
В своей следующей работе Н.М. Чумаков [20016] выделяет в клима-
тической истории Земли три этапа: 1 - безледниковый (большая часть
архея и, добавим, гадей); 2 - с редкими эпизодическими оледенениями
(поздний архей, ранний протерозой, ранний и средний рифей) и 3 - с
частыми периодическими оледенениями (поздний и, возможно, часть
среднего рифея, венд, фанерозой). Он отмечает примерное совпадение
этих этапов с этапами становления плитной тектоники Земли, намечен-
ными в первом издании настоящей книги.
В заключение приходится вернуться снова к докембрию, поскольку
совсем недавно появилась очень важная публикация [Byerly et al., 2002],
в которой сообщается об открытии в архее Каапваальского эократона
Южной Африки и эократона Пилбара Западной Австралии слоя со сфе-
Великие оледенения: их число и причины
135
рулами, свидетельствующего, судя по относительно большой мощности
этого слоя, о падении крупного астероида.
Возраст слоя идентичен на обоих материках и равен 3470±2 млн. лет.
Напомним, что уже довольно давно по различным данным было уста-
новлено, что до раскрытия Индийского океана названные эократоны пред-
ставляли единое целое блок континентальной коры, кратонизация ко-
торого закончилась примерно 3,0 млрд, лет т.н. Соврешенно очевидно,
что такое событие должно было заметно сказаться на развитии тогда толь-
ко нарождавшейся на Земле жизни.
К этому надо добавить сведения о другой находке, свидетельствую-
щей об аналогичном событии, но относящемся к раннему протерозою.
Речь идет об обнаружении метрового слоя доломита с 18-процентным
содержанием сферул. Возраст содержащих этот слой отложений - меж-
ду 2130 и 1848 млн. лет, поэтому речь может идти о дистальных выбро-
сах либо из Фредефортского, либо из Седберийского кратеров.
ЛИТЕРАТУРА
Кови К Орбита Земли и ледниковые эпохи // В мире науки. 1984. № 4.
С. 26-35
Хайн В.Е., Ясаманов НА. Парадокс позднепротероэойских оледене-
нии и дрейф материков И Вести. МГУ. Сер. 4, Геология. 1987. № 1.
С. 15-25
Чумаков Н.М. Климатический парадокс позднего докембрия И Природа.
1992. №4. С. 34-41
Чумаков Н.М. Периодичность главных ледниковых событий и их корре-
ляция с эндогенной активностью Земли // Докл. РАН. 2001а. Т. 378.
№ 5. С. 656-659
Чумаков Н.М. Общая направленность климатических изменений на Земле
за последние 3 миллиарда лет // Докл. РАН. 20016. Т. 381. № 5.
С. 652-655
Byerly G.R., Lowe D.R., Wooden J.L., Xie X. An Archean Impact Layer from
the Pilbara and Kaapvaal Cratons H Science. 2002. Vol. 297. P. 1325-
1327
Crowell J. C. Pre-Mesozoic ice ages: Their bearing on understanding of climate
system H Geol. Soc. Amer. Mem. 192 Boulder Co. 1999. 106 p.
Evans D.A.D. Stratigraphic, geochronological and paleomagnetic constraints
upon the Neoproterozoic climatic paradox // Am. J. Sci. 2000. Vol. 300.
P. 347-433
136
Глава 9
Hambrey M.J. The Late Ordovician-Eariy Silurian glacial period //
Palaeogeogr., Palaeoclimatol., Pxlacoecol. 1985. Vol. 51. P. 273-289
Hambrey M.J., Harland W.B. The Late Proterozoic glacial era // Ibid. P. 255-272
Harland W.B., Herod K.N. Glaciations through time // Oeol. J. 1975. N 6.
P. 189-216
Hay W.W. The cause of the Late Cenozoic Northern Hemisphere glaciations:
A climate change enigma // Terra Nova. 1992. Vol. 4. P. 305-311
Hofmann H.J. Ediacaran remains from imtertillite beds in northwestern Canada
//Geology. 1990. Vol. 18. P. 1199-1202
Hoffman P.F., Kaufman A. J., Halverson G.P, Schrag D.P. A Neoproterozoic
Snowball Earth// Science. 1998. Vol. 282. P. 1342-1346
Hyde W.T., Crowley T.J., Barun S.K., Peltier W.R. Neoproterozoic “Snowball
Earth” simulations with a coupled climate/ice sheet model I I Nature. 2000.
Vol. 405. P. 425-429
Kennedy M.J., Christie-Brick N., Prove A.R. Carbon isotopic composition of
Neoproterozoic glacial carbonates as a test of paleooceanographic models
for snowball Earth phenomena H Geology. 2001. Vol. 29. N 2. P. 1135-1138
Kerr RA. Of ozone, teapots and snowballs // Science. 2001. Vol. 292. P. 2241 -
2242
Kirschwink J.L. Late Proterozoic low-latitude global glaciation: the Snowball
Earth // The Proterozoic biosphere (J.W.Schopf, C.Klein - eds). Cambridge
Univ. Press, 1992. P. 51
Le Meur H. Le globe terrestre pn boule de neige? // La Recherche. 2000.
Vol. 334. P. 16-17
Meert J.G., van der Voo R. The Neoproterozoic (1000-540 Ma) glacial
intervals: no more snowball Earth? // Earth Planet. Sci. Lett. 1994.
Vol. 123. P. 1-13
Runnegar B. Paleoclimate: Loophole for snowball Earth // Nature; 2000.
Vol. 405. P. 403-404
Worsley Th.R., Kidder D.L. First-order coupling of paleogeography and CO2
with global surface temperature and its latitudinal contrast // Geology.
1991. Vol. 19. P. 1161-1164
Young G.M., Brunn E Von, GoldD.J.C, Minster JV.E.L. Earth’s oldest reported
glaciation: physical and chemical evidence from the Archean Mozaan
group (—2,9 Ga) of South Africa // J. Geol. 1998. Vol. 106. P. 523-538 .
Глава 10
РАСЦВЕТ ОРГАНИЧЕСКОЙ ЖИЗНИ
НА РУБЕЖЕ ДОКЕМБРИЯ И ФАНЕРОЗОЯ:
ВОЗМОЖНЫЕ ПРИ1
ППТ
Выше отмечалось, что первые признаки жизни в виде специфиче-
ских органических соединений появились 3,8 млрд, лет назад, т.е. в ран-
нем архее. В среднем и позднем архее встречаются строматолиты, т.е.
бактериальные маты, созданные одноклеточными цианобактериями с
прокариотными клетками, лишенными ядра. Предполагается, что им
предшествовали еще более древние бактериальные существа, получив-
шие условное название “архебактерии” [Макменамин, 1987].
Цианобактерии обитали в мелководных морских и озерных водоемах
в бескислородной среде, т.е. были анаэробными, но одновременно и фо-
тосинтезирующими организмами, т.е. выделяющими кислород. С того
времени становятся известными и сульфатредуцирующие, а также вы-
деляющие метан бактерии. За счет деятельности фотосинтезирующих
бактерий в атмосфере постепенно накапливался свободный кислород, и
примерно 2,3 млрд, лет т.н., уже в раннем протерозое, атмосфера утра-
тила свой первоначально восстановительный (или нейтральный) харак-
тер и стала активно окислительной. Насыщение гидросферы кислоро-
дом должно было произойти лишь значительно позже, 1,7 млрд, лет
назад, т.е. к концу раннего протерозоя. Предполагается, что это небла-
гоприятно сказалось на самих виновниках такого перелома, прокариот-
ных цианобактериях, и заставило часть из них окружать свои клетки за-
щитной мембраной [Summons, Walter, 1990]. Тем самым внутри клеток
обособились ядра - появились первые эукариоты [Видаль, 1984]. Это
произошло не позднее 1,4 млрд, лет т.н., т.е. в среднем протерозое, на
рубеже раннего и среднего рифея, а возможно несколько раньше. Пер-
138
Глава 10
вые эукариоты были представлены одноклеточными планктонными во-
дорослями в виде шариков, окруженных довольно твердой оболочкой.
Такие сферулы, или пузырьки были обнаружены в рифейских отложени-
ях Северной Австралии и Скалистых гор США.
С наступлением позднего протерозоя одноклеточные эукариоты ста-
новятся более орнаментированными и разнообразными. Появляются хло-
рофиты, динофлагеллаты, красные водоросли. В интервале 0,9-0,8 млрд,
лет т.н. широко распространяются акритархи, впервые обнаруженные уже
в нижнем рифее Урала (Т.В. Янкаускас). Между 0,8 и 0,7 млрд, лет т.н.
на Шпицбергене отмечено появление многоклеточных зеленых водорослей.
В общем планктон - бактерии, водоросли - к началу венда становит-
ся весьма обильным и относительно многообразным. Он создает в про-
терозое уже значительную биомассу, о чем свидетельствует достаточно
высокое содержание в осадочных породах органического углерода - ке-
рогена, а тем более углеводородов и даже нефти, в частности в низах
рифея Сибири и Северной Австралии (бассейн Мак Артур). В самом
конце рифея не исключено появление простейших животных и даже пер-
вых метазоа [Morris, 1993].
Однако все же приходится констатировать, что даже спустя почти
4 млрд, лет после рождения Земли жизнь на ней оставалась крайне при-
митивной и, следовательно, темп ее эволюции за этот огромный проме-
жуток времени был исключительно вялым. И вдруг, примерно 600 млн.
лет назад, последовал большой взрыв, который не без основания срав-
нивают с Большим Взрывом (Big Bang), положившим начало существо-
ванию нашей Вселенной. Взрыв этот фактически состоял из двух круп-
ных событий:
1) внезапное появление довольно разнообразных мягкотелых беспоз-
воночных в начале венда, сразу же после варангерского (лапландского)
оледенения;
2) почти столь же внезапное появление еще более разнообразной
фауны, из которой в начале кембрия, около 540 млн. лет назад, возникли
почти все известные позднее группы беспозвоночных.
Остановимся на первом, вендском взрыве. Он документирован авст-
ралийским геологом Р. Сприггом, открывшим в 1947 г. в Южной Авст-
ралии в складчатой системе Аделаида ископаемую фауну. Она стала зна-
менитой под названием эдиакарской (от холмов Эдиакара) и вскоре была
описана М. Глесснером с сотрудниками (см. [Cloud, Glaessner, 1982].
В дальнейшем эта фауна была обнаружена на всех шести континентах в
Расцвет органической жизни на рубеже докембрия и фанерозоя... 139
24 местностях. В их числе находятся два богатых местонахождения на
территории России - на южном берегу Белого моря и на р. Оленек в Си-
бири; в их изучении выдающаяся роль принадлежит М.А. Федонкину.
Открытие эдиакарской фауны имело большое принципиальное зна-
чение. До этого появление в начале кембрия разнообразной фауны бес-
позвоночных выглядело еще более непостижимым. Теперь же, казалось,
было найдено предшествующее звено в развитии органического мира.
А еще раньше, до 40-х годов, вообще существовало представление об
огромном пробеле в геологической летописи, предшествовавшем кемб-
рию и названном Ч. Уолкоттом “липалийским интервалом” между “гу-
ронской системой” (нижний протерозой) и подошвой кембрия, т.е. в со-
временном летосчислении около 1 млрд, лет (!). Именно существовани-
ем этого перерыва и пытались объяснить внезапность появления
кембрийской фауны. Установление на Урале мощного разреза рифей-
ских отложений, впервые описанных местным геологом М.И. Гаранем и
названных так Н.С. Шатским, а также синийских отложений в Китае за-
полнило “липалийский интервал”. Однако проблема не была решена, как,
впрочем, не решило ее и открытие Б.С. Соколовым вендской системы и
М. Глесснером и Р. Сприггом эдиакарской фауны, ибо теперь вместо од-
ной проблемы возникли две: эдиакарская-вендская и кембрийская.
Действительно, тот факт, что в венде, опять же внезапно, появляют-
ся представители сразу трех типов животных - кишечнополостных, чер-
вей, членистоногих ~ выглядит парадоксально. Наиболее обильные
(в Австралии) кишечнополостные представлены пятью классами, черви
- одним. Многие из этих классов, даже отрядов, семейств и родов или
сходные с ними продолжают встречаться в палеозое, а некоторые и в
современной фауне. Во всяком случае здесь узнаются формы ряда более
поздних беспозвоночных животных. Дальнейшее развитие получили в
венде бактерии и водоросли. Отмечается, что эдиакарская фауна впер-
вые появилась и наиболее широко распространилась в низких широтах.
Разнообразие эдиакарской фауны венда наряду с внезапностью ее
появления и широкого расселения (в более древних отложениях досто-
верно не известны остатки метазоа) требует своего объяснения. Есте-
ственно, что геологи ищут его прежде всего в геологических событиях,
предшествовавших венду или проявившихся в самом его начале. Из та-
ких событий главных было два. Во-первых, это тектонические деформа-
ции и горообразование, названные Н.С. Шатским байкальским орогене-
зом и проявившиеся на пространстве от Тимана до юга Сибири, Монго-
140
Глава 10
лии и Китая. Как уже говорилось, он привел к определенному разраста-
нию континентов и возникновению участков возвышенной суши. Во-вто-
рых, крупным событием было варангерское (лапландское) покровное
оледенение, достигшее очень низких широт, в частности Австралии.
Эти два события, несомненно, значительно повлияли на конфигура-
цию морей и суши, на их рельеф, климатическую зональность. Имею-
щиеся литологические данные и органические остатки позволяют пред-
полагать, что после исчезновения варангерского (лапландского) оледе-
нения, к моменту появления эдиакарской фауны климат на Земле был
премущественно теплым и равномерным. По палеомагнитным данным,
пока еще весьма ограниченным и не очень достоверным, материки нахо-
дились в венде на низких широтах и еще на небольшом удалении друг от
друга, что должно было способствовать появлению эдиакарской фауны.
Вместе с тем, образовавшись вследствие раскола существовавшего к
началу позднего протерозоя суперконтинента Пангеи, они обладали уже
довольно протяженным периметром. То есть шельфы протягивались на
значительное расстояние, что создавало благоприятные условия для оби-
тания мелководных организмов, каковыми и были представители эдиа-
карской биоты.
Можно указать еще на два фактора, способствовавшие ее разнообра-
зию; их, правда, называют, когда говорят о кембрийской фауне, но они
не менее значимы и для вендской. Один из них - простота структуры
ранних геномов, т.е. большая, чем у более поздних организмов, генети-
ческая пластичность Другой фактор - существование многих незанятых
экологических ниш. В сочетании эти факторы должны были способство-
вать возникновению многих новых таксонов, которые, не встречая осо-
бой конкуренции, занимали все новые и новые экологические ниши.
Вместе с тем уже начиная со второй половины позднего рифея появля-
ются признаки деятельности гетеротрофных (питающихся за счет жи-
вой материи) растительноядных животных.
Указанные факторы, безусловно, могли сыграть определенную сти-
мулирующую роль в появлении и распространении эдиакарской фауны,
но сомнительно, чтобы эта роль была определяющей. Поэтому прихо-
дится заключить, что главный стимулятор эдиакарской “вспышки” орга-
нического мира еще не обнаружен Как мы увидим ниже, то же относится
и к следующей “вспышке” - кембрийской.
В конце венда значительная часть эдиакарской биоты вымерла. На
смену ей в начале кембрия пришла еще более разнообразная фауна, об-
Расцвет органической жизни на рубеже докембрия и фанерозоя... 141
падавшая уже более надежной защитой от изменений внешней среды и
от хищников - фосфатными или карбонатными раковинами. Среди пред-
ставителей этой фауны мы находим типы как дожившие до современно-
сти - брахиоподы, черви, членистоногие, так и вымершие - археоциаты,
трилобиты.
Было бы неправильным полагать, что эта фауна во всем своем разно-
образии появилась совершенно внезапно. Кстати, если бы это было так,
специалисты не испытывали бы затруднений в проведении границы меж-
ду вендом и кембрием и не потребовались бы усилия целой междуна-
родной группы ученых для демаркации этой границы. В действительно-
сти же полному расцвету кембрийской фауны, включая ее наиболее ха-
рактерных представителей - археоциат и трилобитов, предшествовал
переходный период длительностью 15-25 млн. лет. В начале этого пери-
ода дело ограничилось появлением организмов с довольно просто уст-
роенными трубчатыми раковинами из фосфата или карбоната кальция и
многочисленных следов передвижения животных, среди которых впер-
вые отмечаются вертикальные норки. Позднее разнообразие раковинных
ископаемых заметно возрастает и появляются первые археоциаты. И на-
конец наступает время полного расцвета кембрийской фауны, включая
теперь уже и трилобитов.
Существование такого переходного периода в развитии кембрий-
ской фауны, приходящегося на впервые выделенные в Сибири томмот-
ский и атдабанский века раннего кембрия, все же не отменяет факт вне-
запности ее появления, ибо длительность этого периода очень мала в
масштабе истории Земли. И снова встает вопрос - в чем причина или,
вернее, причины таких кардинальных изменений в органическом мире?
Речь может идти прежде всего об усилении, возможно резком, дей-
ствия тех факторов, которые сыграли определенную роль и в появлении
эдиакарской фауны. Это в качестве общего фона дальнейший, и притом
ускоренный распад Пангеи с образованием наряду с ранее существовав-
шим Тихим океаном крупных межконтинентальных океанов - Палеоат-
лантического (Япетус), Палеосредиземноморского (Тетис), Палеоазиат-
ского. Соответственно должны были наметиться континентальные скло-
ны, вдоль которых из океанических глубин начали подниматься воды,
насыщенные питательными веществами, т.е. получило распространение
явление апвеллинга, с которым связаны появление фосфатных раковин
и накопление богатых залежей фосфоритов на границе венда и кембрия
во многих районах мира, в частности в Казахстане, Монголии и Китае.
142
Глава 10
В самом океане произошло некоторое изменение состава растворенных
солей, о чем свидетельствует сдвиг в изотопных соотношениях строн-
ция и серы, а также упомянутое обогащение фосфатами [Cook, Shergold,
1984].
Другой фактор - резкое возрастание численности гетеротрофных
организмов - хищников, о деятельности которых свидетельствует до-
вольно частые находки раковин со следами повреждений, а также сама
форма многих раковин, например шипы на панцирях трилобитов, и вер-
тикальные норки - укрытия от хищников
Все это в совокупности и могло вызвать, по выражению одного аме-
риканского ученого, “экологическую цепную реакцию”, приведшую к
возникновению новых сложных животных сообществ.
Но достаточное ли это объяснение кембрийского “большого взры-
ва”? И не пропускаем ли мы действие еще какого-то, более могучего
фактора? Вопрос этот, на наш взгляд, нельзя считать окончательно ре-
шенным.
В связи с этим особый интерес представляют соображения, недавно
высказанные петербургским геологом А.В. Сочавой [1992], о причинах
эволюции биосферы на границе докембрия и палеозоя. Совершенно оче-
видно, что это наиболее примечательный рубеж в развитии жизни на
Земле после ее гипотетического появления около 4 млрд, лет назад.
В интервале времени порядка 80 млн. лет, охватывающем поздний венд
и ранний кембрий, наша Земля была свидетельницей сначала появления
довольно многочисленной и разнообразной эдиакарской фауны мягкоте-
лых беспозвоночных, ныне обнаруженной практически на всех матери-
ках, затем, в самом конце венда, ее полного исчезновения и еще более
внезапного появления и быстрого расцвета не менее разнообразной фа-
уны других беспозвоночных, в отличие от эдиакарской обладавшей хо-
рошо развитым твердым карбонатным или фосфатным экзоскелетом и,
как подчеркивает А.В. Сочава, принципиально иным способом дыхания
- жаберным, а не кожным.
Исходной посылкой гипотезы А.В. Сочавы является отмеченный уже
выше факт, что на переломных рубежах в развитии животного мира по-
всеместно отмечены значительные колебания в изотопном составе та-
ких элементов, как углерод, сера и стронций, причем эти изменения но-
сят сопряженный характер и в одних случаях обнаруживают положитель-
ную, а в других - отрицательную корреляцию. Из всех этих изменений
А.В. Сочава делает важное заключение о том, что они свидетельствуют
Расцвет органической жизни на рубеже докембрия и фанерозоя... 143
о значительных, и притом циклических, колебаниях в содержании сво-
бодного кислорода в системе атмосфера-гидросфера, а эти колебания, в
свою очередь, оказывают решающее влияние на эволюцию биосферы.
В позднем рифее, по данным, приводимым А.В. Сочавой, наблюдалось
сильно повышенное содержание свободного кислорода в атмосфере, ко-
торое он достаточно логично связывает с существованием в то время
Пангеи I и с низким уровнем тектоновулканической активности на Зем-
ле, объясняя той же причиной (пониженное содержание углекислого газа
в атмосфере) проявление глобального оледенения.
Деструкция Пангеи I - Родинии, усиление вулканических и тектони-
ческих процессов в позднем венде должны были повлечь за собой паде-
ние содержания свободного кислорода и возрастание содержания угле-
кислого газа в атмосфере, потепление климата, интенсификацию хими-
ческого выветривания на континентах, что и привело к изменению
изотопного состава серы, углерода и стронция океанских вод. Появле-
ние эдиакарской биоты - крупных мягкотелых многоклеточных живот-
ных с высоким отношением поверхности тела к его объему - рассматри-
вается А.В. Сочавой как приспособление к образовавшемуся дефициту
свободного кислорода. Резкое усиление этого кислородного дефицита
на границе венд/кембрий привело, по его мнению, к вымиранию эдиа-
карской фауны и созданию условий для ее замещения более приспособ-
ленной к недостатку кислорода фауной моллюсков, брахиопод, аннелид
и других животных, обладавших жаберным дыхательным аппаратом и
кровеносной системой.
Новая волна возрастания содержания кислорода в атмосфере в нача-
ле кембрия косвенным образом способствовала и развитию у различных
групп животных плотных оболочек - экзо скелетов, служивших защитой
от хищников и, возможно, от излишнего притока кислорода. Материал
для экзоскелетов обеспечивался, добавим от себя, широким развитием
теплых эпиконтинентальных морей, связанным с дальнейшим распадом
Пангеи I и, как указывают А.В. Сочава и другие авторы, с резким возра-
станием процессов апвеллинга и выносом ранее накопившегося фосфо-
ра в поверхностные воды (см. гл. 6).
А.В. Сочава склонен объяснять и другие наблюдавшиеся в истории
Земли великие вымирания и обновления фауны тем же механизмом цик-
лического изменения содержания в атмосфере свободного кислорода
(см. также гл. 4), связывая его с соответствующими колебаниями вулка-
нотектонической активности. Это делает его естественным сторонником
144
Глава 10
вулканической гипотезы происхождения иридиевых аномалий. Однако,
как уже отмечалось, одним изменением интенсивности вулканизма не-
возможно объяснить резкое повышение содержания иридия и родствен-
ных элементов в осадках различного происхождения. Кроме того, им-
пактная гипотеза подтверждается обнаружением “шокового” кварца и
тектитов и, наконец, открытием кратера Чиксулуб на Юкатане, возраста,
точно соответствующего мел-палеогеновой границе, и связи с ней дру-
гих импакгных проявлений в соседних районах Карибского бассейна и
Атлантики (см. гл. 9).
С другой стороны, установление столь же точного соответствия воз-
раста сибирских траппов пермо-триасовой границе, повысившее веро-
ятность того, что все крупные платобазальтовые излияния мира были
очень кратковременными, также заслуживает большого внимания.
Существенно другая гипотеза, объясняющая “взрыв жизни” на гра-
нице протерозоя и фанерозоя, была почти одновременно выдвинута аме-
риканским геологом Э. Мурсом [Moores, 1993]. Эта гипотеза исходит из
предположения, подкрепленного несколькими примерами доверхнепро-
терозойских офиолитов, о том, что океанская кора до позднего протеро-
зоя была значительно мощнее современной. Соответственно соотноше-
ние между глубиной океанов и высотой континентов было меньше со-
временного, а площадь, покрытая морем, могла составлять 90-95%
площади континентов. Условия должны были резко измениться с нача-
лом позднего протерозоя, примерно 800 млн. лет назад, в связи с распа-
дом гипотетического суперконтинента Родинии. Океанская кора стала в
2 или 3 раза тоньше, уровень океана понизился, высота континентов воз-
росла, эрозия, седиментация и апвеллинг также, что сопровождалось
повышением содержания кислорода за счет увеличения накопления орга-
нического углерода в осадках. Это в конечном счете, в соответствии с
предположением А. Нолля [Knoll, 1991, 1992; Knoll, Walter, 1992], на
которого ссылается Э. Муре, и должно было привести к расцвету жизни
в конце протерозоя - начале фанерозоя.
По мнению автора этих строк, гипотеза Э. Мурса довольно уязвима
по крайней мере в двух отношениях. Во-первых, допущение о более мощ-
ной океанской коре в связи с большей продуктивностью сильнее разог-
ретой мантии справедливее скорее для архея или вообще для раннего
докембрия (как и предполагает, например, Д. Эбботт, см. выше), чем для
среднего протерозоя, и, во всяком случае, это возрастание мощности
океанской коры не могло быть столь внезапным, как это требуется для
Расцвет органической жизни на рубеже докембрия и фанерозоя... 145
данной гипотезы. Во-вторых, уже в конце раннего - начале среднего про-
терозоя континенты занимали значительные площади и на них преобла-
дали условия либо денудации, либо континентального осадконакопле-
ния. В определенной мере это относится и к началу раннего протерозоя.
Заметим, наконец, что переход от допоздневендского органического мира
к раннекембрийскому был не столь простым, как это допускает гипотеза
Нолля-Мурса, а гораздо более сложным, что правильнее описывается
гипотезой А.В. Сочавы.
Проблема, рассмотренная в данной главе, продолжала и в последние
годы привлекать внимание исследователей. Это не удивительно, ибо со-
бытия, разыгравшиеся в интервале 570—510 млн. лет т.н., т.е. в позднем
венде - раннем кембрии, имели совершенно исключительное значение в
истории органического мира нашей планеты, приведя сначала к появле-
нию достаточно разнообразных бесскелетных метазоа, составляющих
эдиакарскую фауну, а затем к “кембрийскому взрыву”, породившему к
середине раннего кембрия уже многочисленных и прямых предшествен-
ников организмов, затем эволюционировавших на протяжении осталь-
ного фанерозоя. Эти исследования развивались в основном в двух на-
правлениях - с одной стороны, полевые работы, приведшие к открытию
новых местонахождений эдиакарской и раннекембрийской фауны, и, с
другой стороны, изотопно-геохимическое изучение отложений этого ин-
тервала времени с целью установления изменений химизма океана и ат-
мосферы, которые могли быть ответственны за события в органическом
мире [Brasier, 1992].
Из новых открытий на эдиакарском уровне следует упомянуть два,
оба касающихся остатков губок. Одно из них сделано в Юго-Западной
Монголии [Brasier et al., 1997], другое в Южном Китае [Bengtson, 1998],
первое в известняках, перекрывающих горизонт фосфоритов-кремней-
черных сланцев, второе - непосредственно в фосфоритах. Возраст юж-
нокитайских слоев, содержащих остатки, в том числе эмбрионы губок -
570 млн. лет. Сообщается и о находке следов еще намного более древних
метазоа - -1250 млн. лет, в Техасе [Breyer et al., 1995], но эта находка
весьма проблематична - речь идет о заполненных осадком трубках на
поверхности кремней.
Большой интерес представляет совсем недавнее [Babcock et al., 2001]
открытие богатой фауны скелетных и бесскелетных организмов ранне-
кембрийского возраста в местности Ченцзян в провинции Юньнань в
Южном Китае (рис. 25). Как это открытие, так и предыдущие находки
146
Глава 10
Рис. 25. Обобщенная поздненеопротерозойско-кембрийская стратиграфия
и биотическая летопись [Babcock et al., 2001]
Летопись показывает положение Ченцзянской биоты. Датировки экстраполиро-
ваны из работ (Grotzinger et al., 1995 г.; Landing et al., 1998, 2000 гг.)
показывают, в частности, что эдиакарская фауна не исчезла полностью к
началу кембрия, а имела своих наследников в фанерозое.
Что же касается условий, в которых произошел расцвет органиче-
ского мира на рубеже протерозоя и фанерозоя, то в общем они рассмат-
риваются в той же перспективе, что и раньше, но с определенными
уточнениями. Общим фоном являлся распад суперконтинента Родиния
и появление многочисленных, притом быстроспрединговых хребтов с
затоплением значительных площадей континентальных блоков. После-
днему способствовало таяние сначала позднерифейских (стертских) по-
кровных ледников, предшествовавшее появлению эдиакарской фауны, а
затем варангерских (меринойских) ледников - перед “кембрийским взры-
вом”, сопровождавшиеся заметным потеплением климата. Изотопные
исследования указывают на существенные изменения в химизме атмос-
феры и океана в тот же переходный период, в частности на значительное
увеличение содержания кислорода в атмосфере [Canfield, Tesse, 1996] и
в поверхностном слое океана [Logan et al., 1995], в то время как на глу-
Расцвет органической жизни на рубеже докембрия и фанерозоя... 147
бине существовал дефицит кислорода, но зато могло наблюдаться обо-
гащение питательными веществами [Kimura et al., 1997]. По мнению ав-
торов последней работы, основанной на изучении разреза в хр. Эльбурс
в Северном Иране, “Массивный апвеллинг глубинных вод (вертикаль-
ная адвекция питательных веществ и 13С - деплетированной СО2) выз-
вал повышенную продуктивность фитопланктона и резкое снижение 813С
в мелководных карбонатах и органическом углероде” [Kimura et al., 1997,
р.Е1]. Эти события предшествовали, согласно названным авторам, кем-
брийскому взрыву.
Легко видеть, что эти новые данные в общем подтверждают при-
веденные в начале главы идеи, выдвинутые нашим соотечественником
А.В. Сочава.
ЛИТЕРАТУРА
Видаль Г. Древнейшие эукариотические клетки И В мире науки. 1984.
№4. С. 14-24
Макменамин М.Э.С. Возникновение разнообразия животных // Там же.
1987. № 6. С. 60-68
Сочава А.В. Квазистацирнарная модель геохимического цикла и эволю-
ция биосферы на рубеже докембрия и фанерозоя // Изв. АН СССР.
Сер. геол. 1992. № 6. С. 41-56
Babcock L.E., Zhang W., Leslie S.A. The Chengjiang biota: Record of the
Early Cambrian diversification of life and clues to the exceptional
preservation of fossils // GSA Today. 2001. N 2. P. 4-9
Bengtson S. Animal embryos in deep time // Nature. 1998. Vol. 391. P. 529-
530
Brazier M.J. Global ocean-atmosphere change across the Precambnan-
Cambrian transition 11 Geol. Mag. 1992. Vol. 129, N 2. P. 161-168.
Brasier M., Green O., Shields G. Ediacaran sponge spicule clusters from
southwestern Mongolia and the origins of Cambrian fauna // Geology.
1997. Vol. 25. N 4 . P. 303-306
Breyer J.A., Busbey A.B., Hanson R.E., Roy III E.C. Possible new evidence
for the origin of metazoans prior to 1 Ga: Sediment-filled tubes from the
Mesoproterozoic Allmoore Formation, Trans-Pecos, Texas // Geology.
1995. Vol. 23. P. 69-72
Canfield D.E., Tesse A. Late Proterozoic rise in atmospheric oxygen
concentration inferred from phylogenetic and sulphur-isotope studies //
Nature. 1996. Vol. 382. P. 127-132
148
Глава 10
Cloud Р. Glaessner M.F. The Ediacaran period and system: Metazoa inherit
the Earth // Science. 1982 Vol. 217. P. 783-792
Cook P.J., Shergold J.H. Phosphorus, phosphorites and skeletal evolution at
the Precambnan-Cambnan boundary // Nature. 1984. Vol. 308. P. 231-
234
Kimura H, Matsumoto R, Kakuwa Y. et al. The Vendian-Cambrian 513C record,
North Iran: evidence for overturning of the ocean before the Cambrian
Explosion // Earth Planet. Sci. Let. 1997. Vol. 147. N 1-4. P. E1-E7
Knoll A. End of Proterozoic eon // Sci. Amer. 1991. Vol. 265. N 4. P. 64-73
Knoll A. The early evolution of Eucaryotes: A geological perspective // Science.
1992. Vol. 256. P. 622-627
Knoll A.H., Walter M.R. Latest Proterozoic stratigraphy and Earth history //
Nature. 1992. Vol. 356. P. 673-67
Logan G.A., Hayes J.M., Hieshima G.B., Summons RE. Terminal Proterozoic
reorganisation of biogeochemical cycles // Nature. 1995. Vol. 376.
P. 53-56
Moores E.M. Neoproterozoic oceanic crustal thinning, emergence of continents,
and origin of Phanerozoic ecosystem: A model // Geology. 1993. Vol. 21,
N 1. P. 49-52
Morris S.C. The fossil record and the early evolution of the Metazoa//Nature.
1993. Vol 361 P. 219-225
Summons R.E., Walter M.R. Molecular fossils and microfossils of prokaryotes
and protists from Proterozoic sediments // Amer. J. Sci. A. 1990.
Vol. 290. P. 212-224
Глава 11
ВЕЛИКИЕ ВЫМИРАНИЯ
И ВЕЛИКИЕ ОБНОВЛЕНИЯ
ОРГАНИЧЕСКОГО МИРА:
ЗЕМНЫЕ ИЛИ КОСМИЧЕСКИЕ ПРИЧИНЫ?
На общем фоне возрастания разнообразия животного и раститель-
ного мира в течение истории Земли достаточно отчетливо вырисовыва-
ются кратковременные эпизоды, в течение которых происходило исчез-
новение значительного числа видов, родов, семейств и даже отрядов и
целых классов живых организмов, приводившее к существенному об-
новлению их состава. Именно эта прерывистость в развитии органиче-
ского мира способствовала успешному применению в стратиграфии па-
леонтологического метода и быстрой разработке в первой половине
XIX в. биостратиграфической шкалы фанерозоя.
В геологической летописи этого эона насчитывается большое число
таких эпизодов обновления органического мира за счет вымирания од-
них его представителей и быстрой экспансии других, но только пять или
шесть настолько значительны, что привлекают повышенное внимание
исследователей. Это конец ордовика, поздний девон (граница франского
и фаменского веков), граница перми и триаса, конец триаса, граница мела
и палеогена, конец эоцена и, наконец, рубеж плейстоцен-голоцен
(рис. 26). Из них совершенно исключительное значение в последние пол-
тора десятилетия приобрело изучение событий на границе мел-палео-
ген (К/₽). Связано это как с масштабом вымирания на данном рубеже -
исчезли динозавры, морские рептилии, аммониты, белемниты, многие
двустворчатые моллюски (рудисты, иноцерамы), некоторые мшанки, так
и с оригинальностью и привлекательностью выдвинутой для объясне-
ния этого великого вымирания гипотезы.
150
Глава 11
Разнообразие семейств и видов
Рис. 26. Главные события вымираний (показаны стрелками)
с указанием их влияния на степень разнообразия видов в океанах
в течение геологического времени [Sepkoski, 1987]
Названы пять великих вымираний, включая вымирание на границе мел/палеоген,
которое уничтожило динозавров и многие морские организмы в конце мела. Длина
стрелок грубо пропорциональна интенсивности вымирания
Она была предложена в 1979 г. калифорнийскими учеными, отцом и
сыном Альваресами - физиком Луисом и геофизиком Уолтером [Alvarez
et al., 1980]. Согласно их гипотезе, события на рубеже мела и палеогена
объяснялись сначала падением на нашу планету относительно крупного,
не менее 10 км в диаметре, астероида (или кометы) и последствиями
Великие вымирания и великие обновления органического мира... 151
воздействия его удара о Землю, приведшими к изменению температуры
в сторону резкого повышения или понижения1, к наступлению темноты,
образованию азотной кислоты в атмосфере, возникновению4 сильных
цунами и испарению океанской воды (в случае падения метеорита в
океан). Непосредственным поводом для выдвижения данной гипотезы
явилось обнаружение годом раньше в Северной Италии повышенного
содержания иридия в тонком слое, пограничном между мелом и палео-
геном.
Импактная гипотеза Л. и У. Альваресов сразу же вызвала интерес в
научном мире и стимулировала изучение пограничных между мелом и
палеогеном слоев во многих регионах. В результате к 1992 г. иридиевая
аномалия была обнаружена более чем в 105 местонахождениях на раз-
ных континентах и в скважинах глубоководного бурения в океанах, в
осадочных породах различного состава, накопившихся в разных усло-
виях: глубоководно- и мелководно-морских, континентальных, аридных
и гумидных.
Важным дополнительным свидетельством импактного происхожде-
ния иридиевой аномалии послужило открытие в тех же пограничных
слоях микросферул санидина и других минералов, предположительно
образовавшихся при взрыве метеорита (60 местонахождений), обломоч-
ных зерен кварца с трещиноватостью, характерной для импактных обра-
зований, - так называемый шоковый кварц (28 местонахождений) и, на-
конец, примеси сажи, интерпретируемой как свидетельство лесных по-
жаров, вызванных падением метеорита. Объявился и кандидат в
импактные кратеры, образованные в результате этого падения, ~ погре-
бенный кратер Чиксулуб на п-ове Юкатан в Мексике, 180 км в диаметре
и глубиной предположительно в 15 км.
Этот кратер (рис. 27) обнаружен бурением и оконтурен по гравита-
ционной и магнитной аномалиям [Hildebrand et al., 1991]. Выбросы из
самого кратера указываются на суше на о-ве Гаити и в Северо-Восточ-
ной Мексике, а также в море в ряде скважин глубоководного бурения к
северу и к югу от Юкатана. Однако пограничный между мелом и палео-
геном возраст кратера долго не был доказан. По более же ранней интер-
1 Как указывается в работе [Rampino, Volk, 1988], массовое вымирание известкового
наннопланктона может повлечь за собой резкое уменьшение поступления в атмос-
феру диметилсульфида, служащего основой ядер конденсации облаков, а следова-
тельно, понижение альбедо над океанами и соответствующее потепление.
152
Глава 11
Рис. 27. Кратер Чиксулуб, его общее расположение (на врезке вверху)
и размещение скважин [Koeberl et al., 1996,1997]
Вверху: край кратера намечен согласно контурам геофизических аномалий
(по: [Hildebrand et al., 1991]); внизу: стратиграфические колонки четырех скважин.
1 - эвапориты; 2 - конгломераты; 3 - песчаники; 4- карбонаты; 5 - породы фундамента
Великие вымирания и великие обновления органического мира... 153
претации, это не импактный кратер, а вулканический центр (в его вы-
полнении наряду с брекчиями присутствуют вулканиты)1. Тем не менее
недавно проведенные специальные исследования, в том числе анализ
космоснимков, подтвердили импактную природу этой структуры
[Sharpton et al., 1992]. Между тем авторы открытия отмечают, что кратер
Чиксулуб по ряду минералогических и геохимических признаков мате-
риала пограничного К/₽ слоя не может быть источником всего этого ма-
териала. Но, с другой стороны, по своим размерам и локализации в кар-
бонатных породах он мог обеспечить поступление в атмосферу углекис-
лого газа в объеме, достаточном для ее потепления примерно на 10° в
течение 10-100 тыс. лет [Hildebrand et al., 1991].
Позднее были опубликованы [McKinnon, 1992] дополнительные дан-
ные, подтверждающие импактное происхождение кратера Чиксулуб.
В керне скважины были обнаружены заметное брекчирование, стекло,
а главное - “шоковые” кварц и полевой шпат. Шоковые зерна минералов
и обломки пород были найдены в качестве включений и в андезитовом
стекле. Важно и следующее. Кратер расположен на погруженной карбо-
натно-эвапоритовой платформе. Карбонаты в результате импакта могли
стать источником углекислого газа и, следовательно, могли вызвать пар-
никовый эффект, но изучение изотонии кислорода и палеоботанический
анализ показывают, что сначала должно было наступить похолодание и
лишь затем длительное потепление.
Разрешением этого противоречия может быть учет того обстоятель-
ства, что кроме карбонатов в разрезе Юкатана присутствуют мощные
ангидриты (см. рис. 27), которые при импакте могли продуцировать сер-
нистый газ. Последний в сочетании с водяным паром - продуктом вапо-
ризации океана - мог образовать серную кислоту. В виде аэрозоля она
должна была сильно рассеивать солнечную радиацию и тем самым выз-
вать остывание стратосферы и тропосферы1 2, а в дальнейшем выпасть на
поверхность Земли кислым држдем. Повышение кислотности нашло свое
отражение в резком возрастании отношения 87Sr/86Sr в морской воде на
границе К/₽. Все эти дополнительные доказательства и соображения
1 Этой интерпретации продолжают придерживаться некоторые исследователи и в
настоящее время [Meyerhoff et al., 1994].
2 Согласно работе [Sigurdsson et al., 1992], понижение температуры почти до нуля
могло произойти в течение недели, но продолжающееся превращение диоксида серы
в серную кислоту способно растянуть этот процесс на несколько лет.
154
Глава 11
интересны и важны,' но все еще оставался открытым вопрос о возрасте
кратера Чиксулуб.
Окончательную точку в дискуссии поставила, очевидно, публикация
в 1992 г. в августовском номере журнала “Science” и в октябрьском жур-
нале “Nature” результатов исследования возраста импактных стекол из
керна скважины, пробуренной в кратере Чиксулуб, и тектитов, обнару-
женных в пограничном между мелом и палеогеном слое на о-ве Гаити
и в Северо-Восточной Мексике. Во всех трех районах получены со-
впадающие значения аргон-аргонового возраста - 64-65 млн. лет, до-
статочно строго отвечающие границе мел-палеоген (!). Обратная намаг-
ниченность пород также может соответствовать хрону 29, включающе-
му границу KZP [Sharpton et al., 1992]. Но, заметим, такой же возраст
получен для деканских траппов, а сибирские траппы оказались точно
приуроченными к другой эпохе вымирания - границе пермь-триас
[Campbell et al., 1992]. К этому удивительному совпадению мы еще об-
ратимся ниже.
Между тем, хотя в одной из новейших работ [Sharpton et al., 1992]
утверждается, что эффекта падения астероида (болида) в районе Чиксу-
луб в Мексике могло быть достаточно для объяснения глобальных собы-
тий на границе К/P, у мексиканского кратера появился весьма вероятный
“напарник” в виде Карской астроблемы. Крупная, 140 км в диаметре,
Карская астроблема известна достаточно давно, и ее импактное проис-
хождение практически общепризнано, но точный возраст и приурочен-
ность именно к К/₽ границе долго оставались неустановленными.
В последнее время впервые были получены достаточно определенные
датировки [Назаров и др., 1993; Назаров, 1995], а именно 65,68±0,44 по
К/Ar и 64,57±1,56 млн. лет по трековому методу.
Более того, появляются данные, позволяющие предполагать, что на
данном рубеже Земля испытала воздействие не одного, а роя метеоритов
или же весьма крупного болида, отдельные фрагменты которого породи-
ли целую серию кратеров. Дело в том, что в скважинах глубоководного
бурения в Тихом океане, в частности в скв. 577В на поднятии Шатского,
на рассматриваемом рубеже были встречены шпинельсодержащие сфе-
рулы, присутствие которых трудно объяснить попаданием из Юкатан-
ского центра, находящегося на расстоянии до 10 тыс. км от скв. 577 [Robin
et al., 1993].
В дальнейшем на границе К/₽ и аналогичных рубежах были обнару-
жены и некоторые другие изотопно-геохимические аномалии - резкое
Великие вымирания и великие обновления органического мира.,. 155
понижение, а затем увеличение 13С и 18О, обогащение тяжелыми метал-
лами: Pt, Os, Со, Ni, Сг, Au, характерными для С1-хондритов.
Дополнительное свидетельство в пользу глобального масштаба сго-
рания наземной биомассы на границе мела и палеогена получено недав-
но при обработке данных по изотопии углерода в керне скважин глубо-
ководного бурения в Атлантике и Тихом океане, точнее, по изучению
изменений градиента 13С/12С при переходе от мелководных к глубоко-
водным осадкам [Ivany, Salawitch, 1993]. Резкое понижение 13С на грани-
це К/P истолковывается как результат сгорания около четверти всей мас-
сы наземной растительности с поступлением избытка легкого изотопа
углерода в поверхностные воды океана.
Уже первые полученные данные обеспечили импактной гипотезе
Л. и У. Альваресов широкую популярность, причем не только среди гео-
логов, но и среди читающей публики вообще, особенно в связи с тем,
что она весьма эффектно объяснила драматическое событие - внезапное
исчезновение в самом конце мела динозавров, долгое время господ-
ствовавших среди обитателей суши. В 1981 и 1988 гг. в США (г. Сноу-
берд, штат Юта) состоялись две конференции, специально посвящен-
ные проблеме массовых вымираний. Надо сказать, однако, что как на
этих конференциях, так и в литературе отношение к импактной гипотезе
было далеко не единодушным. Она встретила серьезную критику, в осо-
бенности со стороны известного британского геолога Э. Хэллема [Hallam,
1987] и польского - А. Хоффмана [Hoffman, 1989]. Были выдвинуты аль-
тернативные гипотезы, объясняющие эти вымирания.
Критики импактной гипотезы Л. и У. Альваресов, в том числе Э. Хэл-
лем, прежде всего указывают, что признаки угасания у ряда групп орга-
низмов, включая динозавров, а также аммонитов, рудистов и некоторых
других, появляются уже стратиграфически ниже самой границы мел-
палеоген. Некоторые из этих возражений, основанные на конкретных
наблюдениях в определенных районах, в дальнейшем были опровергну-
ты повторным их изучением. Однако в принципе справедливо отмечает-
ся [MacLeod, Keller, 1991], что полному вымиранию на границе К/₽ мо-
гли в первую очередь подвергнуться группы фауны, которые и перед этим
событием обнаруживали тенденцию к угасанию. Другим объяснением
постепенного вымирания может служить замена предположения о ме-
теоритном падении представлением о столкновении с кометой и комет-
ном дожде, растянувшемся на относительно продолжительное время.
В пользу этой версии может свидетельствовать широкое распростране-
156
Глава 11
ние тектитов, которые, как показал Э.П. Изох [1985] на основании рас-
хождения их возраста (более древнего) с возрастом собственно импак-
титов, не могут считаться каплями расплава, выброшенного из импакт-
ного кратера.
Э. Хэллем критически анализирует и другие предполагаемые свиде-
тельства импактного происхождения пограничного слоя. Так, микросфе-
рулы могут быть, по его мнению, вулканического или микрометеоритно-
го происхождения, пограничная глина только в небольшой части могла
состоять из продуктов импактного плавления, сажа представляет собой
достаточно обычную примесь в стратиграфических разрезах, “шоковые”
минералы могут быть вулканическими, повышенная концентрация ири-
дия также, судя по аналогичному содержанию иридия в аэрозоле одного
из извержений Килауэа. И наконец, он указывает на то, что на Земле
пока не найден импактный кратер соответствующего возраста и разме-
ра. Но, как мы видели, теперь, после открытия кратера Чиксулуб и тем
более Карского это возражение должно быть снято, а остальные тоже не
имеют абсолютного значения. В частности, импактное происхождение
иридиевой аномалии получило подтверждение в обнаружении ее в не-
сомненных верхнедокембрийских импактитах Южной Австралии.
Основным конкурентом импактной является вулканическая гипоте-
за. По своей сути она столь же катастрофистская, но опирается не на
космический, а на вполне земной фактор. К числу сторонников вулкани-.
ческой гипотезы относятся известные американские геофизики Ч. Оф-
фисер и Ч. Дрейк [Officer, Drake, 1983]; в последние годы ее наиболее
активно защищает французский геолог В. Куртийо [Courtillot et al., 1986].
Интерес к данной гипотезе особенно возрос после того, как последним ‘
было установлено, что мощные излияния базальтов на плато Декан в
Индии имели место как раз на границе мела и палеогена, 65 млн. лет,
назад. Примерно тогда же наблюдалось усиление вулканической деятель- <
ности в Патагонии и смежной Южной Атлантике.
Недавно было также показано, что не менее мощная вспышка вулка-
низма в Сибири приходится точно на рубеж перми и триаса, тоже озна-
меновавшийся массовым вымиранием [Campbell et al., 1992]. Послед-
ствия подобной вулканической вспышки могли быть сходными с послед-
ствиями падения астероида или кометы, т.е. с глобальным потеплением
благодаря парниковому эффекту, связанному с усиленным выделением
углекислого газа и интенсивным выбросом вулканического пепла в ат-
мосферу. К этому надо добавить эффект разрушения озонового слоя, не-
Великие вымирания и великие обновления органического мира... 157
давно отмеченного при извержении вулкана Пинатубо на Филиппинах.
Однако все эти очевидные следствия вулканической деятельности нуж-
даются в количественной оценке. Кроме того, они недостаточны для
объяснения таких особенностей пограничного слоя, как резко повышен-
ное содержание в нем ирйдия, присутствие микросферул, “шокового”
кварца, сажи, причем одновременно. Недавно возможность вулканиче-
ского происхождения “шоковых” минералов была экспериментально про-
верена. Оказалось, что при тех давлениях и температурах, которые допу-
стимы для вулканических извержений, такие текстуры образоваться не
могут. Это, конечно, серьезное возражение против вулканической гипо-
тезы и довод в пользу импактной.
Важным, возможно, даже решающим доказательством справедливо-
сти именно импактного происхождения великого вымирания на границе
мел-палеоген является недавнее обнаружение французскими исследо-
вателями в пограничных отложениях наряду с “шоковым” кварцем (по
их мнению, также могущим иметь лишь импакгное происхождение) зе-
рен никелистого магнетита [Rocchia, 1993]. Этот минерал образуется в
строго определенных условиях - при вхождении железных метеоритов
в земную атмосферу. Некоторые различия химического состава магне-
титов из разных районов мира могут свидетельствовать в пользу множе-
ственности импактов, и, как отмечалось выше, уже обнаружено несколь-
ко астроблем, имеющих возраст, отвечающий границе мел-палеоген. Еще
одно новое, весьма эффективное доказательство справедливости импак-
тной гипотезы применительно к границе К/P вообще и того, что именно
кратер Чиксулуб является если не единственным, то главным очагом этой
катастрофы, получено при изучении “шоковых” цирконов из несколь-
ких североамериканских местонахождений [Rocchia, 1994]. Канадски-
ми и американскими исследователями (Т.Е. Крог, Б.Ф. Бохор) тонкими
изотопными измерениями было установлено, что время, когда цирконы
приобрели свою “шоковую” текстуру, точно соответствует указанной
границе, а следовательно, й времени образования кратера Чиксулуб, во-
первых, и что первичный возраст цирконов составляет 545 и 420 млн.
лет, совпадая с возрастом цирконов из кратера Чиксулуб, во-вторых.
Некоторые исследователи [Rampino, 1987 и др.] предприняли попытку
сочетать импактную гипотезу с вулканической. Они предполагают, по-
добно тому как выше мы предполагали для ранней стадии развития Зем-
ли, что падение метеоритов могло провоцировать вулканизм. По их рас-
четам, при диаметре метеорита в 10 км кратер мог иметь диаметр 100-
158
Глава 11
200 км, а глубина выброса - порядка 20-40 км (заметим, что это в об-
щем соответствует юкатанскому кратеру).
В. Куртийо и М. Жавуа [Javoy, Courtillot, 1989] дополнили свою пер-
воначальную гипотезу о связи KZP вымирания с извержением деканских
траппов предположением о том, что этому событию предшествовал
интенсивный кислый вулканизм. Основанием послужил пик отношения
87Sr/86Sr в морской воде длительностью около 2 млн. лет, а сохранившие-
ся следы этого вулканизма усматриваются на Сейшельских островах, в
частности на о-ве Маэ.
Третья, менее катастрофистская гипотеза связывает события на гра-
нице мел-палеоген с резким падением уровня океана в конце мела и с
крупной трансгрессией в начале палеогена. Подчеркивается, что в боль-
шинстве разрезов на границе К/P наблюдаются перерывы и (или) го-
ризонты конденсированного осадконакопления. Ясно, однако, что подоб-
ные явления, во-первых, недостаточны для объяснения всех особенно-
стей пограничного слоя и, во-вторых, не могут относиться к континен-
тальным отложениям. Потому неудивительно, что Э. Хэллем, критикуя
импактную гипотезу и указывая на большую роль резких колебаний уров-
ня Мирового океана, добавляет к этому резкое возрастание вулканиче-
ской активности.
Далее необходимо напомнить об оригинальной и интересной гипо-
тезе, выдвинутой еще в 1976 г. и развитой позднее в книге русским гео-
логом-нефтяником С.Г. Неручевым [1982]. Он обратил внимание на со-
впадение многих эпох резких изменений в составе органического мира:
поздний девон - ранний карбон, поздняя юра-ранний мел, поздний мел,
средний-поздний эоцен с эпохами широкого накопления в осадках план-
ктоногенного органического вещества, обогащенного ураном. Связан-
ная с последним радиоактивность могла явиться, по С.Г. Неручеву, при-
чиной гибели наименее устойчивых к ней организмов, с одной стороны,
и повышенного мутагенеза с появлением новых видов - с другой. При-
чина же интенсивного ^накопления урана усматривается в возросших
масштабах рифтогенеза и связанного с последним вулканизма. Таким
образом, гипотеза С.Г. Неручева могла бы быть увязана с вулканической
гипотезой других авторов, рассмотренной выше. Однако, как и после-
дняя, она не объясняет ряда явлений, наблюдаемых на рубежах массо-
вых вымираний. Кроме того, на этих рубежах не установлено особенно
повышенных концентраций урана, хотя другие геохимические аномалии
и наблюдаются (см. ниже).
Великие вымирания и великие обновления органического мира... 159
В общем на сегодня перспективы импактной гипотезы в объяснении
событий на границе К/P выглядят явно предпочтительнее (см. также об-
стоятельный обзор австрийского геолога Г. Шенлауба [Schonlaub, 1989]),
возможно в сочетании с вулканической. Как обстоит дело с другими уров-
нями массовых вымираний и обновлении органического мира? Надо сразу
сказать, что соответствующие данные менее однозначны и более проти-
воречивы, чем в случае границы КФ хотя исследования по начатому по
инициативе известного швейцарского геолога К. Хсю в 1984 г. проекту
199 Международной программы геологической корреляции внесли и,
можно надеяться, еще внесут больше ясности в эту проблему.
Как отмечалось выше, наиболее значительное в истории Земли вы-
мирание имело место на рубеже перми и триаса, т.е. палеозойской и ме-
зозойской эр, когда вымерло 95% всех видов организмов и, в частности,
70% родов пермских амфибий и рептилий. Однако в пограничных слоях
между этими двумя системами пока нигде не встречено иридиевой ано-
малии. Имеются сведения о резких изменениях изотопных отношений
углерода и кислорода в нескольких разрезах Китая, но проявление здесь
иридиевой аномалии не нашло подтверждения. В детально изученном
международной группой исследователей [Holser et al„ 19S9] керне сква-
жины, пробуренной в Карнийских Альпах (Австрия), наряду с концент-
рацией других тяжелых металлов установлены слабая иридиевая анома-
лия и существенные сложные изменения в изотопии кислорода и углеро-
да. Авторы отмечают резкое отличие от картины, наблюдаемой на границе
К/P, и объясняют эти изменения крупной регрессией моря на рубеже пер-
ми и триаса. Словом, ничего определенного о событиях на этой после-
дней границе пока выяснить не удалось.
Сторонниками вулканической гипотезы массовых вымираний была
предпринята попытка связать вымирание на границе Р/Т с извержения-
ми сибирских траппов [Campbell et al., 1992]. Первоначально, однако,
были приведены данные, что эти траппы образовались позднее указан-
ного рубежа, уже в среднем триасе, и не в течение 1-2 млн. лет, как де-
канские, а в интервале 5-10 млн. лет. Тем не менее более поздние опре-
деления, отмечавшиеся выше, подтвердили взгляды “вулканистов”, по-
лучив датировку, вполне соответствующую границе Р/Т. '
Другой стратиграфический рубеж, давно привлекающий внимание,
проходит внутри верхнего девона, между франским и фаменским яруса-
ми. В 1970 г. канадский геолог Д. Макларен высказал предположение,
что вымирание именно на этом рубеже было связано с последствиями
160
Глава 11
падения метеорита. В последние годы ряд разрезов слоев, пограничных
между указанными ярусами, подвергся специальному изучению. Эти 18
разрезов расположены в Северной Америке, Европе, на территории быв-
шего Советского Союза, в Китае и Австралии. Однако иридиевую ано-
малию нигде найти не удалось, содержание иридия составляет первые
проценты от установленного на границе KZP. В пяти разрезах на границе
fr/fin были выявлены геохимические аномалии, состоящие в обогаще-
нии сидерофильными элементами и изменении в изотопном составе уг-
лерода и серы. Лишь в южнокитайском разрезе обнаружена слабая поло-
жительная иридиевая аномалия наряду с интенсивной аномалией 13С.
Однако в 1992 г. были опубликованы [Clayes et al., 1992] сведения о
находке в Бельгии близ границы fr/fin сферул типа микротектитов, ха-
рактерных для импактных образований. На этой же границе, на юге Фран-
ции, была впервые установлена высокая концентрация иридия, сравни-
мая с известной на границе К/₽, причем отношение иридия к рутению
здесь оказалось идентичным астероидному или кометному.
Тем временем иридиевые и другие геохимические аномалии были
открыты на иных стратиграфических рубежах, начиная с пограничных
слоев между докембрием и кембрием на платформе Янцзы, где выявле-
но несколько обогащенных иридием горизонтов, прослеженных на рас-
стояние 1600 км. На границе ордовика и силура - втором после пермо-
триасового по значению рубеже массовых вымираний - иридиевая ано-
малия, правда менее значительная, чем на границе К/₽, была установлена
в двух удаленных разрезах на той же платформе Янцзы в Южном Китае.
Но ее не обнаружили на о-ве Антикости в Восточной Канаде и в Шот-
ландии [Wilde et al., 1986], а ученые, открывшие китайскую аномалию
[Wang, Chai, 1989], склонны объяснять ее снижением темпов седимента-
ции в начале послеледниковой трансгрессии. Однако другие китайские
исследователи высказываются в пользу имцактного происхождения этой
аномалии [Wang et al., 1991,1992].
Недавно Ф. Синьором (США) высказано предположение, что очень
значительное вымирание (80% видов) имело место на границе среднего
и позднего кембрия (520 млн. лет назад), но оно еще не получило общего
признания [Kerr, 1992].
В Северном Китае установлено обогащение сидерофильными эле-
ментами на границе девона и карбона, в Австрии и Италии - “шоковые”
минералы на границе триаса и юры [Bice et al., 1992], в Италии же -
иридиевая аномалия на границе нижней и средней юры, в Польше - на
Великие вымирания и великие обновления органического мира... 161
границе средней и верхней юры, в сеномане [Kerr, 1992] - в верхах эоце-
на в скв. 612 глубоководного бурения на атлантической окраине США
(вместе с микротектитами [Keller et al., 1987; Poag et al., 1992]; указыва-
ется и возможное местоположение импактного кратера) и, наконец, в
среднем миоцене - в керне скважины глубоководного бурения в южной
части Тихого океана. На границе триаса и юры в Австрии обнаружен
“шоковый” кварц.
Совершенно очевидно, что массовые вымирания и обновления орга-
нического мира, не случайно приуроченные к тем рубежам стратиграфи-
ческой и геохронологической шкалы, которые были эмпирически уста-
новлены еще в первой половине XIX в. именно по резким изменениям в
составе фауны беспозвоночных, должны объясняться какими-то общи-
ми причинами. Одна из них, как говорится, лежит на поверхности. Это
крупные, глобального масштаба, регрессии и сменяющие их трансгрес-
сии. С ними должны быть непосредственно связаны перерывы в накоп-
лении глубоководных осадков [MacLeod, Keller, 1991], резкие измене-
ния в изотопии углерода, кислорода и серы, смена окислительных усло-
вий в бассейнах восстановительными с отложением черных глин
(аргиллитов, сланцев), обогащенных тяжелыми металлами. Последнему
должно способствовать и появление на тех же уровнях в непрерывных
разрезах горизонтов конденсированной седиментации.
С некоторыми из рубежей, отмеченных массовыми вымираниями,
совпадают крупные вспышки платобазальтового (траппового) вулканиз-
ма. Это касается границ мел-палеоген, триас-юра, пермь-триас, но не
большинства других подобных рубежей. Поэтому, хотя мощный вулка-
низм и может вносить свою лепту в резкие изменения экологической
среды, его роль нельзя признать достаточно универсальной.
Но даже если признать существенную, если не определяющую роль
резких изменений уровня Мирового океана и мощных вспышек вулка-
низма в качестве причины массовых вымираний, остаются те особенно-
сти, наиболее ярко выраженные на границе мел-палеоген, которые луч-
ше всего, если не однозначно, объясняются импактной гипотезой, - это
иридиевые аномалии, присутствие в осадках “шокового” кварца (кото-
рый, по свидетельству специалистов, не может образоваться при вулка-
нических извержениях), тектитов, микросферул (по изотопии кислорода
они не могут иметь вулканическое происхождение, а представляют со-
бой смесь карбонатного и силикатного материала [Blum, Chamberlain,
1992]). И наконец, открытие кратера Чиксулуб, определение его возра-
162
Глава 11
ста и такого же возраста тектитов на Гаити и в Северо-Восточной Мек-
сике, получение аналогичной датировки для Карского кратера являются
убедительным доказательством справедливости импактной гипотезы, по
крайней мере в отношении мел-палеогенового рубежа.
Однако если принять справедливость импактной гипотезы для гра-
ницы мел-палеоген, возникает вопрос: почему в этом и еще в некото-
рых, сходных по наличию иридиевой и других аномалий рубежах на-
блюдается совпадение между проявлениями повышенной эндогенной
активности Земли (резкие изменения уровня Мирового океана, усиле-
ние вулканической деятельности) и падением крупных метеоритов или
комет? Ведь та же граница мел-палеоген, а также практически все ос-
тальные уровни великих вымираний не случайно отвечают орогениче-
ским фазам, отмеченным еще в знаменитом каноне Штилле! Думается,
что такое совпадение может оказаться закономерным, лишний раз сви-
детельствуя об определенной связи чисто земных процессов с условия-
ми пребывания нашей Земли в космосе. К этой проблеме мы обратимся
в главе 19.
Еще один вопрос касается возможной периодичности вымираний.
Он был поднят в ряде работ и наиболее основательно рассмотрен Д. Ра-
упом [Raup, 1991] и Дж. Сепкоски [Sepkoski, 1987]. Ими проанализиро-
вано время вымирания 567 семейств и более 30 тыс. ископаемых родов в
течение 49 веков от поздней перми до миоцена, т.е. за 250 млн. лет, и
статистически обнаружено 12 пиков вымирания, из которых 8 совпало с
ранее описанными в литературе.
Авторы этого исследования воздерживаются от выводов относитель-
но причин, земных или внеземных, лежащих в основе такой периодич-
ности, но высказывают интересное соображение, что их может быть од-
новременно две: одна, более универсальная, например изменения кли-
мата или уровня океана, и другая, на нее накладывающаяся, например
катастрофические последствия столкновения с кометой. Последний фак-
тор мог проявиться лишь на тех рубежах, которые отмечены иридиевы-
ми аномалиями, - средний миоцен, сеноман и в особенности поздний
эоцен и, конечно, граница мел-палеоген.
Эти соображения возвращают нас к проблеме, поставленной выше,
- о возможном резонансе между земными процессами и космическими
воздействиями на нашу планету.
С ней связана и проблема периодичности геологических процессов
вообще (ей будет посвящена гл. 12).
Великие вымирания и великие обновления органического мира.,. 163
А пока приходится констатировать, что причины великих вымира-
ний еще до конца не выяснены, несмотря на явный успех импактной
гипотезы, и остаются предметом будущих исследований1. ч'
Принципиально новое решение проблемы великих вымираний и пун-
ктуализма в развитии органического мира принесло применение мате-
матического моделирования эволюции взаимодействующих сообществ
живых организмов. Это моделирование, осуществленное американским
физиком П. Баком и датскими физиками X. Флювбьергом и К. Снейпе-
ном, показало, что такое сообщество в процессе своей самоорганизации
через некоторое время достигает критического состояния и испытывает
лавинообразное изменение. Оно заключается в исчезновении наиболее
сложных организмов с наибольшим числом связей и с наименьшей спо-
собностью к мутациям и к замещению их другими организмами. Иссле-
дователи пришли к заключению, что созданная ими модель показывает,
что “прерывистое равновесие, стазис и прерывистость могут быть пря-
мыми следствиями простых принципов эволюции, сформулированных
Чарльзом Дарвином. Никакие другие объяснения за пределами этих прин-
ципов не требуются” [Bak et al. 1994].
Выводы эти представляются чрезвычайно важными, но заметим, что,
поскольку наша Земля представляет открытую систему, роль спускового
крючка и синхронизирующего агента все же может принадлежать вне-
шним факторам.
Проблема массовых вымираний в фанерозое недавно подробно и
всесторонне рассмотрена в докладе А.С. Алексеева [1998], представлен-
ном на соискание докторской степени. А С. Алексеев уточнил само это
понятие и на основании анализа большого фактического палеонтологи-
ческого материала пришел к выводу, что в фанерозое можно различить
8 эпох массовых вымираний - 4 “великих” и 4 “малых” (рис. 28, 29). Он
подтвердил значимость вымираний на рубеже мел-палеоген, используя
при этом и лично полученные материалы по Туркмении, и пришел к -
заключению, что “совокупность данных по особенностям мел-палеоге-
нового рубежа и его массового вымирания показывает, что с ними со-
1 В связи с этим любопытно отметить, что такой осторожный исследователь, как
Д.П. Найдин, в своей новейшей работе [1993] называет сразу пять возможных при-
чин вымирания на границе мел-палеоген: 1) особенности палеогеографии, в частно-
сти океанской циркуляции в Маастрихте; 2) развитие фитопланктона; 3) вулканизм;
4) тектоническая регрессия; 5) “не исключено воздействие космического фактора”.
164
Глава 11
мел-палеоген
сеноман-турон
триас-юра
пермь-триас
серпухов-башкир
девон-карбон
фран-фамен
ордовик-силур
ботома-тойон
Рис. 28.Массовые вымирания
фанерозоя [Алексеев, 1998]
Временная шкала - по Ж. Одэну с
поправками для карбона и девона. Жир-
ные стрелки - великие массовые выми-
рания
вместима импактная модель мел-
палеогенового кризиса” В работе
А.С. Алексеева содержится прак-
тически полный и критический
обзор гипотез, предложенных для
объяснения массовых вымираний:
таких гипотез оказалось целых 20,
в том числе довольно много экзо-
тических. В итоге А.С. Алексеев
делает вывод о предпочтительно-
сти двух гипотез - импактной и
вулканической, что отмечалось,
мною ранее в данной главе.
Тем временем в мировой ли-
тературе продолжали обсуждаться
проявления и возможные причины
отдельных эпох массовых вымира-
ний. Совершенно естественно, что
в первую очередь внимание было
сконцентрировано на великом пер-
мо-триасовом вымирании, которое,
по своему масштабу (85% морских
организмов) превосходило даже
мел-палеогеновое. Кстати сказать,
представляется знаменательным,
что полтора столетия назад при
выборе границ основных эр фане-
розоя были выбраны именно те
границы, которые оказались со-
впадающими с великими вымира-
ниями. Что касается конкретно
пермо-триасового вымирания, то
прежде всего следует отметить
радиометрическое подтвержде-
ние кратковременности этого со-
бытия, по крайней мере его основ-
ной фазы - менее одного милли-
она лет [Bowring et al., 1998]. Вто-
Великие вымирания и великие обновления органического мира.,. 165
яран-фамен мел-палеоген
ic. 29. Границы некоторых подразделений общей шкалы и положение отно-
лгельно них главных (жирные стрелки) и второстепенных (тонкие стрелки)
мпульсов массовых вымираний (МВ) [Алексеев, 1998]
ое, что обращает на себя внимание - практически почти полное совпа-
дение датировки границы Р/Т —250 млн. лет, с возрастом крупнейшего
з фанерозойской истории Земли извержения платобазальтов - сибир-
ских тунгусских траппов [Renne et al., 1995] с объемом ~1,5 млн. км3.
Этот примечательный факт побуждает ряд исследователей усматривать
тричину Р/Т вымирания именно в резкой вспышке вулканизма, тем бо-
лее что близкий возраст имеет аналогичный вулканизм на юге Китая, в
эайоне Эмейшань. Однако другие исследователи считают эффект этой
166
Глава 11
вспышки вулканизма недостаточным для столь кардинальных измене-
ний внешней среды, о которых свидетельствует великое Р/Т вымирание,
и указывают и на другие изменения среды [Erwin, 1996].
К ним относятся, прежде всего, резкие колебания уровня океана -
понижение, а затем повышение, и сопряженные изменения отношения
8|3С, свидетельствующие об уменьшении содержания кислорода в ат-
мосфере (рис. 30). К этому добавляется обеднение кислородом поверх-
ностных вод океана и образование на глубине бескислородного слоя, что
подтвердило изучение пелагических кремней Японии и Британской Ко-
лумбии [Isozaki, 1997].
Общий сценарий пермо-триасового вымирания в изложении Д. Эр-
вина выглядит следующим образом:
“Вымирание могло произойти в три фазы: в течение первой уровень
моря вокруг континента Пангея понизился, вследствие чего условия оби-
тания [фауны] изменились, климат стал неустойчивым и многочислен-
ные специализированные виды исчезли. Затем в течение этой океанской
регрессии, мощные вулканические извержения выделили в атмосферу
много углекислого газа, климатическая неустойчивость усугубилась и
нарушила окружающую среду - это вторая фаза. В конце перми и начале
триаса - третья фаза - уровень моря поднялся и континенты были затоп-
лены бедными кислородом водами. Прибрежные обиталища фауны были
разрушены и многочисленные группы, которые пережили [первые две
фазы], исчезли” [Erwin, 1996, р.86].
Хотя изложенные выше взгляды в той или иной форме разделяются,
видимо, большинством исследователей, остается все же соблазнитель-
ная возможность найти общую причину пермо-триасового и мел-палео-
генового вымирания в рамках импактной гипотезы. О том, что такая воз-
можность реальна, говорит открытие Г. Реталлаком из Орегона (США) в
1996 г. зерен кварца со следами ударного воздействия на пермо-триасо-
вой границе в Кордильерах [Kerr, 1996, 1996а]. Новым подтверждением
импактной гипотезы Р/Т вымирания явилось открытие в трех разрезах
пограничных слоев - в Китае, Японии и Венгрии, так называемых фул-
леренов (С^-С^Д содержащих благородные газы с изотопными соотно-
шениями, характерными для метеоритов класса углистых хондритов
[Becker et al., 2000].
Еще одним подтверждением вероятности астероидного или комет-
ного импакта как причины массового вымирания биоты на рубеже пер-
ми и триаса являются данные исследования, проведенного группой япон-
Великие вымирания и великие обновления органического мира.,. 167
Рис. 30. Деградация среды в конце перми [Erwin, 1996]
Доказывается различными геохимическими данными, а также ископаемыми орга-
низмами. Углерод был окислен в больших количествах, уровень морей начал снижать-
ся, вулканические извержения имели место в Сибири и Китае. Кораллы начали снова
изобиловать лишь в середине триаса
ских и австралийско-китайских ученых в Южном Китае, в районе Мей-
шань [Kaiho et al., 2001]. Ими были детально изучены отложения верхов
перми и низов триаса, в частности пограничный 60-сантиметровый слой,
168
Глава 11
в котором обнаружено резко повышенное содержание никеля в зернах
Fe-Si-Ni состава со следами метаморфизма. На этом же уровне установ-
лен ряд геохимических аномалий, касающихся 834S, 86Sr/87Sr, Мп, Р, а так-
же соотношения каолинит/иллит.
Все эти данные, по мнению авторов работы, свидетельствуют о ве-
роятности импакта, скорее всего связанного с падением астероида или
кометы в океан. С этим событием могло быть связано резко повышенное
выделение серы из мантии в океан и атмосферу, сопровождавшееся к
ислыми дождями. Диаметр подводного кратера оценивается в 300-
600 км.
Обратимся далее к публикациям по другим эпохам массовых вы-
мираний.
Поздний ордовик. В работе [Wyatt, 1995] в качестве одного из факто-
ров, способствовавших позднеордовикскому вымиранию, привлечено
увеличение поступления растворенных веществ в мелкие моря вслед-
ствие регрессии, связанной с материковым оледенением.
Фран/фамен. Авторы статьи [Clayes, Casier, 1994] сообщают о на-
ходке стеклянных сферул, вероятно, импактного, по их мнению, проис-
хождения на этой границе в Бельгии. Отмечается сходство с тектитами и
микротектитами, а вероятным источником представляется кратер Силь-
ян в Швеции с возрастом 368±1 млн. лет.
Поздний триас. Сообщается о, вероятно, одновременном образова-
нии в нории (~214 млн. лет) пяти импактных кратеров, расположенных
во Франции, Канаде (2) на одной широте, а также на Украине (Оболонь)
и в США, которые лежат на одних больших кругах с французским и ка-
надским соответственно [Spray et al., 1998].
Tpuachopa. Недавно весьма любопытные соображения о событиях
на этом рубеже были высказаны Г. Олсеном из Ламонтовской обсервато-
рии в США [Kerr, 2002]. Он предполагает, что импактное явление на
этом рубеже привело к расцвету фауны динозавров за счет гибели более
ранних рептилий, подобно тому как гибель динозавров на мел-палеоге-
новом рубеже привела к расцвету млекопитающих. Действительно, чис-
ло видов динозавров возросло в это время с 20 до 80% рептилий, а чис-
ленность хищных среди них увеличилась вдвое. Дополнительными до-
казательствами импакта на данной границе служат находки шокового
кварца в Италии, а также слоя, обогащенного спорами папоротников в
Пенсильвании с несколько повышенным содержанием иридия (но зна-
чительно меньше, чем на КФ рубеже).
Великие вымирания и великие обновления органического мира... 169
Юра/мел. Указывается на существование крупной импактной струк-
туры в -районе Моровене в Южной Африке диаметром 340 км. Возраст
цирконов из импактного расплава по ^РЬ/238!! составляет 146,2±15 млн.
лет, а по 20*Pb/232Th-144,7±1,9 млн. лет [Koeberl et al., 1997]. А.С. Алексеев
[1998] не включил в свой список эту эпоху вымирания, полагая, что корре-
ляция границы J/K в глобальном масштабе недостаточно достоверна.
Поздний эоцен. Зерна кварца со следами ударнрго воздействия обна-
ружены в хорошо датированных (35,7±0,4 млн. лет) мергелях в разрезе
Массиньяно близ Анконы, Италия [Clymer et al., 1996]. Другое важное
открытие - импактный кратер того же возраста —35,5 млн. лет, в заливе
Чезапик на атлантической окраине США, диаметром в 90 км. Он рас-
сматривается как возможный источник тектитов, встреченных в ряде мест
в Северной Америке на данном уровне [Koeberl et al., 1996].
В сводке А.С. Алексеева этот рубеж так же не причислен к эпохе
массовых вымирании, хотя в других работах отмечается его критичес-
кое значение, в частности для эволюции биоты.
Представляется, что все приведенные выше новые данные, свиде-
тельствующие об умножающихся открытиях следов многократного им-
пактного воздействия на нашу планету, причем именно на рубежах, от-
меченных массовыми вымираниями, объективно свидетельствуют в
пользу того, что именно это воздействие в конечном счете и несло глав-
ную ответственность за массовые вымирания.
Несмотря на то, что гипотеза Л. и У. Альваресов о связи великого
мел-палеогенового вымирания с падением астероида получила широкое
признание, не умолкают и критические голоса. В работах группы иссле-
дователей во главе с Гертой Келлер, детально изучивших “классиче-
ские” разрезы переходных слоев от мела к палеогену на о-ве Гаити, в
северо-восточной Мексике и Тунисе, не отрицается сам факт импакта
(после открытия кратера Чиксулуб отрицать его уже невозможно), но ука-
зывается на присутствие нескольких горизонтов сферул ниже границы
К/P, начиная с верхов Маастрихта. Аналогичный вывод сделан этими ис-
следователями и в отношении района самого кратера Чиксулуб. Вообще
они считают, что изменения в составе органического мира начались еще
в Маастрихте, главным образом благодаря колебаниям уровня океана, а
падение астероида нанесло лишь заключительный удар по живым орга-
низмам [Keller et al., 1995; Ward et al., 1995 и др.]. -
В октябрьском номере журнала “Geology” за 1994 г. была опублико-
вана дискуссия между ортодоксальными сторонниками импактной ги-
170
Глава 11
потезы К/P вымирания, включая самого У. Альвареса, и группой Г. Кел-
лер, а также Ч. Оффисером - критиками этой гипотезы. Но, как видно из
последующих публикаций, на этом она не закончилась.
Новым подтверждением вероятности астероидного или кометного
импакта как причины массового вымирания биоты на рубеже перми и
триаса являются данные исследования, проведенного группой японских
и австралийско-китайских ученых в Южном Китае, ,в районе Мейшань
[Kaiho et al., 2001]. Ими были детально изучены отложения верхов пер-
ми и низов триаса, в частности пограничный 60-сантиметровый слой, в
котором обнаружено резко повышенное содержание никеля в зернах
Fe-Si-Ni состава со следами метаморфизма. На этом же уровне установ-
лен ряд геохимических аномалий, касающихся 834S, Sr86/Sr87, Мп, Р, а так-
же соотношения каолинит/иллит. Все эти данные, по мнению авторов
работы, свидетельствуют о вероятности импакта, скорее всего связанно-
го с падением астероида или кометы в океан. С этим событием могло
быть связано резко повышенное выделение серы из мантии в океан и
атмосферу, сопровождавшееся кислыми дождями. Диаметр подводного
кратера оценивается в 300-600 км.
В заключение главы приходится снова вернуться к проявлениям им-
пактного воздействия на Землю в докембрии, в связи с тем, что по этому
поводу полились новые и важные публикации.
Так, сообщается об открытии в поясе Барбертон эократона Каапва-
аль Южной Африки и в эократоне Пилбара Западной Австралии отно-
сительно мощных слоев со сферулами, отложенных, но мнению авторов
[Byerly et al., 2002], волнами цунами, вызванными падением крупных
болидов. Обнаружены четыре таких слоя с возрастом в диапазоне 3,5-
3,2 млрд, лет, из которых наиболее древний идентично датирован на обоих
континентах - 3470±2 млн. лет. Напомним, что, по общему мнению спе-
циалистов, эократоны Каапвааль и Пилбара до раскрытия Индийского
океана представляли единое целое, что и подтверждают эти данные.
Другое подтверждение и одновременно доказательство аналогично-
го импактного события, но уже в позднем архее, между 2,63 и 2,49 млрд,
лет т.н., относится к Трансваальской синеклизе в Южной Африке, нало-
женной на Каапваальский эократон, и синеклиз Хамерсли, наложенных <
на эократон Пилбара, которые упоминались выше. Здесь обнаружены
пять слоев вероятных продуктов импактного воздействия. Эти образова-
ния залегают среди отложений глубокого шельфа, но их текстурные осо-
бенности свидетельствуют, по мнению авторов [Hassler, Simonson, 2001],
Великие вымирания и великие обновления органического мира... 171
об отложении из волн цунами, порожденного импактом в открытом оке-
ане. Количество слоев с импактогенными сферулами может говорить о
минимум трех, максимум пяти отдельных событиях такого рода. Метро-
вый слой доломита, содержащего довольно крупные сферулы, был от-
крыт в палеопротерозойских отложениях Южной Гренландии на окраи-
не Кетилидского орогена [Chadwick et al., 2001]. Возраст этих отложе-
ний заключен между 2130 и 1848 млн. лет, поэтому авторы считают, что
эти образования могут быть связаны либо с Фредефортским (2030 млн.
лет т.н.), либо с Седберийским (1850 млн. лет т.н.) импактами.
ЛИТЕРАТУРА
Алексеев А.С. Массовые вымирания в фанерозое. Дисс. д-ра геол.-мин.
наук. М. 1998. 76 с.
Изох Э.П. Парадокс возраста тектитов и полей их выпадения И Метеори-
тика. 1985. Вып. 44. С. 127-134
Найдин Д.П. Позднемеловые события на востоке Европейской палеоби-
огеографической области. 2. События рубежей сеноман/турон и маа-
стрихт/даний //Бюл. МОИП. Отд. геол. 1993. Вып. 3. С. 33-53
Назаров М.А. Геохимические свидетельства крупных ударных событий
в геологической истории Земли. Автореф. дисс. д-ра геол.-мин. наук.
М.: ГЕОХИ РАН, 1995. 48 с.
Назаров М.А., Бадюков ДД, Алексеев А.С. и др. Карская ударная струк-
тура и ее связь с мел-палеогеновым событием И Бюлл. МОИП. Отд.
геол. 1993. Вып. 3. С. 13-32
Неручев С.Г. Уран и жизнь в истории Земли. Л.: Недра, 1982. 208 с.
Alvarez L. W., Alvarez W., Asaro F., Michel H. V. Extraterrestrial cause for the
Cretaceous-Tertiary extinction // Science. 1980. Vol. 208. P. 1095-1108
Bak P., Flyvbjerg H, Sneppen K. Can we model Darwin? // New Scientist.
1994. Vol. 123. N 94. P. 36
Becker L„ Poreda R.J., Hunt A.G., Bunch T.E., Rampino M. Impact Event at
the Permian-Triassic Boundary: Evidence from Extraterrestrial Noble
Gases in Fullerenes И Science. 2001. Vol. 291. P. 1530-1533
Bice D.M., Newton C.R., McCauley S. et al. Shocked quartz at the Triassic-
Jurassic boundary in Italy I I Science. 1992. Vol. 255. P. 443-446
BlumJ.D. Chamberlain C.P. Oxygen isotope constraints on the origin of impact
glasses from the Cretaceous-Ternary boundary // Ibid. 1992. Vol. 257.
N 5073. P. 1104-1106
172
Глава 11
Bowring S.A., Erwin D.H et al. U/Pb zircon geochronology and tempo of the
end-Permian mass extinction И Science. 1998. Vol. 280. P. 1039-1045
Byerly G.R., Lowe D.R., Wooden J.L., Xie X. An Archean Impact Layer from the
Pilbara and Kaapvaal Cratons // Science. 2002. Vol. 297. P. 1325-1327
Campbell I.H, Hill R.I., Williams I.S. et al. Synchronism of the Siberian traps
and the Permian-Triassic boundary // XXIX Intern. Geol. Congr. Abstr.
Pap. Kyoto, 1992. Vol. 1. P. 65
ChadwickB., Claeys P., Simons B. New evidence for a large Palaeoproterozoic
impact: spherules in a dolomite layer in the Ketilidian orogen, South
Greenland // J. Geol. Soc. Lond. 2001. Vol. 158. № 2. P. 331-340
Clayes Ph., Cosier J.-G. Microtektite-like, impact glass associated with the
Frasnian-Famennian boundary mass extinction // Earth Planet. Sci,' Lett.
1994. Vol. 122. P. 303-315
Clayes Ph., Cosier J.-G., Margolis S.V. Microtectites and mass extinctions:
Evidence of a Late Devonian asteroid impact // Science. 1992. Vol. 257.
N5073.P. 1102-1104
Clymer A.K., Bice D.M., Montanari A. Shocked quartz from the Late Eocene
// Impact evidence from Massignano, Italy // Geology. 1996. Vol. 24.
P. 483-486
Courtillot V., Besse T, Vandamme D. et al. Deccan flood basalts at the
Cretaceous/Tertiary boundary? // Earth Planet Sci. Lett. 1986. Vol. 80.
P. 361-374
Erwin D. La plus importante des extinctions en masse // Pour la science. 1996.
N 227. P. 80-87
Hallam A. End-Cretaceous mass extinctions event: Argument for terrestrial
causation // Science. 1987. Vol. 238. P. 1237-1242
Hassler S. W, Simonson B.M. The sedimentary record of large extraterrestrial
impacts in deep shelf environments: evidence from Early Precambrian //
J. Geol. 2001. Vol. 109. P. 1-19
HildebrandA.R., PenfieldG.T., KringD.A. et al. Chicxulub Crater: A possible
, Cretaceous/Tertiary boundary impact crater on the Yucatan Peninsula,
Mexico//Geology. 1991. Vol. 19. P. 867-871
Hoffman A. Mass extinctions: The view of a sceptic // J. Geol. Soc, 1989.
Vol. 146. P. 21-35
Holser W, Schenlaub HP, Attrep M.Jr. et al. A unique geochemical record at
the Permian/Triassic boundary //Nature. 1989. Vol. 337. P. 39-43
Hsu K.J. Catastrophic extinctions and the inevitability of the improbable // J.
Geol. Soc. 1989. Vol. 146. P. 749-754
Великие вымирания и великие обновления органического мира... 173
Isozaki Y. Permo-Triassic boundary Superanoxia and stratified superocean:
Records from lost deep-sea// Science. 1997. Vol. 276. P. 235-238
Ivany L.C. Salawitch R.J. Carbon isotopic evidence for biomass burning at
the K/T boundary // Geology. 1993. Vol. 21. P. 487-490
Javoy M., Courtillot V. Intense acidic volcanism and the Cretaceous-Tertiary
boundary // Earth Planet. Sci. Lett. 1989. Vol. 94. P. 409-416
Kaiho K., Kajiwara Y, Nakano T. et al. End-Permian catastrophe by a bolide
impact: Evidence of a gigantic release of sulfur from the mantle I I Geology.
2001. Vol. 29. N 9. P. 815-818
Keller G., D’Handt S.L., Orth Ch.J. et al. Late Eocene impact microtectites:
Stratigraphy, age and geochemistry // Meteoritics. 1987. Vol. 22. P. 25-60
Keller G., Li L., Mac Leod N. The Cretaceous/Tertiary boundary stratotype
section at El Kef, Tunisia how catastrophic was the mass extinction? //
Paleoclimatology, Paleoecology. 1995. Vol. 119. P. 221-254
Kerr R.A. Another impact extinction? // Science. 1992. Vol. 256. P. 1280
Kerr R.A. Shocking view of the Permo-Triassic I I Science. 1996. Vol. 274.
P. 1080
Kerr R.A. The earliest mass extinction? // Science. 1996a. Vol. 257. P. 612
Kerr R.A. Did an impact trigger the Dinosauru's rise? // Science. 2002.
Vol. 296. P. 215-216
Koeberl C., Poag C. W., Reinold W. U., Brandt D. Impact origin of Chesapeake
Bay structure and the source of the North American tektites // Science.
1996. Vol. 271. N 5253. P. 1263-1266
Koeberl C., Armstrong R. A., Reinold W.U. Morokweng, South Africa: A large
impact structure of Jurassic-Cretaceous boundary // Geology. 1997.
Vol. 25. N 8. P. 731-737
Kristan-Tollmann E„ Tollmann A. Der Sintflut-Impakt // Mitt. Osterr. geol.
Ges. 1991 (1992). Bd. 84. S.l-63
MacLeod N., Keller G. Hiatus distribution and mass extinctions at the
Cretaceous/Tertiary boundary // Geology. 1991. Vol. 19. P. 497-501
Meyerhoff A.A., Lyons J.B., Officer C.B. Chicxulub structure: a volcanic
sequence of Late Creataceous age // Geology. 1994. Vol. 22. N 1. P. 3-4
Officer C.O., Drake C.L. The Cretaceous-Tertiary transition // Science. 1983.
Vol. 219. P. 1383-1390
Poag C. W., Powers D.S., Poppe L.J. et al. Deep Sea Drilling Project Site 612
bolide event: New evidence of a late Eocene impact-wave deposit and
a possible impact site, US East coast // Geology. 1992. Vol. 20. N 9.
P. 771-774
174
Глава 11
Rampino M.R. Impact cratering and flood basalt volcanism // Nature. 1987.
Vol. 327. P. 468
Rampino M.R., Volk T Mass extinctions, atmospheric sulphur and climatic
warming at the JT boundary // Ibid. 1988. Vol. 332. P. 63-65
Raup D.M. Extinctions: Bad genes or bad luck? // New Sci. 1991. Vol. 131.
P. 47-49
RenneP. ZhangZ., Richards M. A. etal. Synchrony and causal relations between
Permian-Triassic boundary crises and Siberian flood volcanism // Science.
1995. Vol. 269. P. 1413-1415
Robin E., Froget L., Johanna C. Rocchia R. Evidence for a K/T impact event
in the Pacific Ocean // Nature. 1993. Vol. 363. P. 615-617 i
Rocchia R. La catastrophe de la fin de 1 ”ere secondaire // La Recherche. 1993.
N 12. P. 1344-1353
Rocchia R. Une collision cosmique trahie par les zircons // La Recherche. 1
1994. N 6. P. 684-685
Schonlaub H. -P. Die Katastrophe, die aus dem Weltall kam -10 Jahre “Alvarez-
Impakt-Hypothese” // Jb. Geol. Bundesanst. Osterr. 1989. Bd. 132, H. 2.
S. 507-S29
Sepkoski J.J., Jr. Periodicity in extinction and the problem of catastrophism in
the history of life // J. Geol. Soc. 1987. Vol. 144. P. 7-19
Sharpton V.L., Dalrymple G.B., Marin L.E. et al. New links between the
Chicxulub impact structure and the Cretaceous/Tertiary boundary // Nature.
1992. Vol. 359. P. 819-821
Sigurdsson H„ D’Hondt S., Carey S. The impact of the Cretaceous A’ertiary
bolide on evaporite terrane and generation of major sulphuric acid aerosol
I I Earth and Planet. Sci. Lett. 1992. Vol. 109. P. 543-559 •
Spray J.G., Kelley S.P, Rowley D.B. Evidence for a late Triassic multiple
impact event on Earth //Nature. 1998. Vol. 392. P. 171-173
Wang K, Orth Ch.J., Attrip M., Jr. et al. Geochemical evidence for a
catastrophic biotic event at the Frasnian/Famennian boundary in South «
China//Geology. 1991. Vol. 19. P. 776-779
WangK., Chatterton B.D.E., Attrip M. et al. Iridium abundance maxima at the
latest Ordovician mass extinction horizon, Yangtze Basin, China: terrestrial
or extraterrestrial? // Geology. 1992. Vol. 20. P. 39-42
Wang X., Chai Z. Terminal Ordovician mass extinction and its relation to
iridium and carbon isotope anomalies // Acta Geol. Sinica. 1989. Vol. 63.
P. 255-264
Великие вымирания и великие обновления органического мира... 175
Ward W., Keller G., Stinnesbeck W„ Adatte T. Yucatan subsurface siratigraphy:
Implications and constraints for the Chickxulub impact // Geology. 1995.
Vol. 23. N 10. P. 873-876
Wilde R, Berry W.B.N., Quinby-Hunt M.S. et al., Iridium abundances across
the Ordovician-Silurian stratotype // Science. 1986. Vol. 233. P. 339-341
Wyatt A.R. Late Ordovician extinction and sea-level change // J. Geol. Soc.
Lond. 1995. Vol. 152. P. 899-902
Глава 12
НЕПРЕРЫВНОСТЬ, ПОСТЕПЕННОСТЬ
(ГРАДУАЛИЗМ)
ИЛИ ПРЕРЫВИСТОСТЬ, СКАЧКООБРАЗНОСТЬ
(ПУНКТУАЛИЗМ)
В РАЗВИТИИ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
И ОРГАНИЧЕСКОГО МИРА
Проблема, вернее дилемма, обозначенная в названии данной главы,
служит предметом разногласий между естествоиспытателями на протя-
жении всей истории развития геологии и биологии, и даже со времен
античности и Возрождения. По мнению известного турецкого геолога
Дж. Шенгёра [Sengor, 1991], истоки ее восходят к полемике между выда-
ющимися древнегреческими философами Аристотелем и Демокритом.
Между тем, как будет показано ниже, противоречие между этими двумя,
на первый взгляд противоположными концепциями является лишь ка-
жущимся, и в развитии Земли и обитающих на ней живых существ “гра-
дуализм” и “пунктуализм” органически сочетаются.
Но прежде чем перейти к анализу проблемы по существу, отметим,
что она имеет еще один важный аспект. Признание непрерывности и по-
степенности в течении геологических процессов обычно предполагает,
что в прошлом они по своей сути и скорости не должны были сколько-
нибудь существенно отличаться от современных процессов, поддающихся
непосредственному наблюдению. Отсюда знаменитое выражение Ч. Лай-
еля: “Настоящее - ключ к прошедшему”, здесь исток метода актуализма,
широко и с успехом применяемого в геологических науках1. Крайняя
1 Следует помнить, однако, что метод актуализма фактически широко использовался
и до Ч. Лайеля, опять же начиная с античных времен и средневековья.
Непрерывность, постепенность (градуализм) или прерывистость... 177
форма актуализма - это униформизм, принимающий полное тождество
современных и древних геологических процессов. В основополагающем
труде Ч. Лайеля “Основы геологии” по существу декларируется как раз
униформизм.
Между тем сторонники противоположной концепции - пунктуализ-
ма, как его теперь предпочитают называть, доказывают, что в геологи-
ческом прошлом процессы изменения лика Земли, ее коры и литосферы
могли по форме проявления и в особенности по интенсивности, скоро-
сти своего протекания значительно отличаться от своих современных
аналогов.
В частности, что особенно важно, сторонники данной концепции
допускают, что в прошлом имели место крупные события, настоящие
геологические катастрофы, которые могли приводить к внезапным и
очень значительным изменениям в рельефе Земли, в структуре коры, в
составе органического мира. Противники этих взглядов назвали своих
оппонентов катастрофистами, а соответствующее научное течение - ка-
тастрофизмом, и этот ярлык приобрел в глазах многих ученых бранный
оттенок.
Теперь посмотрим, как же обстоит дело в действительности, и нач-
нем с характеристики хода геологических процессов, эндогенных и эк-
зогенных, в современную эпоху и в недавнем историческом прошлом,
для которого имеются документальные свидетельства.
Прежде всего надо констатировать, что как на наших глазах, так и в
течение жизни предыдущих поколений протекают и протекали все гео-
логические процессы, действие которых известно из геологического про-
шлого, - вулканизм, сейсмичность, тектонические движения и деформа-
ции, деятельность рек, озер, морей, океанов, подземных вод и ледников,
выветривание. А геологическая летопись показывает, что процессы эти,
причем в форме достаточно близкой к современной (но это не касается
их темпа), проявлялись уже 4-3,5 млрд, лет т.н., т.е. со времени образо-
вания первых датированных горных пород. Однако уже здесь надо обра-
тить внимание на одно примечательное исключение - деятельность лед-
ников и явление вечной мерзлоты, столь ярко выраженные в современ-
ную эпоху, были свойственны лишь отдельным отрезкам геологического
времени и, насколько известно, не проявлялись вообще до 2 млрд, лет
т.н., если не учитывать возможное наличие следов древнего оледенения
в позднем архее (2,8 млрд, лет т.н.) в Южной Африке (Витватер-
сранд).
178
Глава 12
Не подлежит сомнению и то обстоятельство, что такие, в общем мед-
ленно протекающие, геологические процессы, как речная эрозия, мор-
ская абразия, растворяющее действие поверхностных и подземных вод
(карстообразование), поднятия и опускания земной поверхности, связан-
ные с тектоническими движениями, интегрируясь в геологическом вре-
мени с его огромной длительностью, могут приводить к крупным изме-
нениям в рельефе земной поверхности и в структуре земной коры, что
подметили еще Дж. Хаттон (Геттон) и Ч. Лайель. Более того, если экст-
раполировать современную скорость поднятия некоторых участков суши1
хотя бы на последние несколько миллионов лет, можно прийти к выводу,
что для образования современных высочайших горных систем было до-
статочно миллиона лет, если не меньше, и на некоторых участках ны-
нешних равнин давно должны были образоваться высокие горы.
Однако как наблюдения над современными процессами, так и изуче-
ние событий недавнего прошлого убедительно свидетельствуют о дру-
гом. Медленный и постепенный ход геологических процессов периоди-
чески прерывался их резким ускорением. Характерный пример - текто-
нические движения. Их скорость обычно измеряется миллиметрами или
даже долями миллиметра, реже сантиметрами (горизонтальные движе-
ния) в год. Между тем во время крупных землетрясений на Аляске, в
Калифорнии, Чили, Монголии, Ассаме (Индия) и в других регионах за
считанные секунды отмечались смещения почвы иногда более чем на
10 м, т.е. со скоростью на несколько порядков выше скорости так назы-
ваемых вековых движений. Известно, что крупные землетрясения, оча-
ги которых располагаются под дном океана, вызывают огромные волны
- цунами, заметно преобразующие океанские берега. А на суше они про-
воцируют образование оползней и обвалов, сход лавин, особенно в гор-
ных районах.
Поднятия горных сооружений происходят явно неравномерно, вре-
менами заметно усиливаясь, что находит отражение в темпах эрозии и
седиментации. Так, для Гималаев отмечены фазы усиления эрозии (бо-
лее 1 мм/год) на рубежах 22, 20, 18, 15, 12 и 5 млн. лет т.н. По другим
данным, две фазы были наиболее значимыми - от 10,9 до 7,5. и после
0,9 млн. лет т.н. (минералогические исследования осадков Бенгальского
конуса выноса (Р. Copeland et al., 1993 г.)).
1 Имеются в виду скорости современных движений, показанные на опубликованной
в 1973 г. карте под редакцией Ю.А. Мещерякова.
Непрерывность, постепенность (градуализм) или прерывистость... 179
Ярко выраженный эпизодический характер отличает вулканическую
деятельность. Извержения вулканов случаются довольно часто. Некото-
рые вулканы, например Карымский на Камчатке, почти постоянно выб-
расывают пепел или даже лаву, но крупные извержения наблюдаются
относительно редко (несколько раз в столетие), зато бывают катастро-
фическими, как извержение Кракатау в 1883 г. или недавнее (1991 г.)
извержение вулкана Пинатубо на о-ве Лусон (Филиппины).
Явно эпизодический, и притом периодический, характер носят вул-
канические излияния на спрединговых осях срединно-океанских хреб-
тов. Их частота колеблется от 100 до 1000 лет на быстроспрединговых и
от 5000 до 10000 лет на медленноспрединговых [Галушкин и др., 1994].
Спокойный ход экзогенных процессов, таких, как речная эрозия или
морская абразия, нередко прерывается ураганами, особенно в районах,
подверженных муссонным ветрам, но не только в их пределах. Ураганы
вызывают катастрофические наводнения. За несколько суток речные до-
лины и морские берега испытывают большие изменения в своих очерта-
ниях и рельефе, чем за многие годы.
В разрезе терригенных осадочных толщ - продуктов сноса обломоч-
ного материала с суши - седиментологи в настоящее время научились
распознавать слои, отложенные в результате действия ураганов, назвав
их темпеститами (от англ, tempest - буря, ураган). Геологическому дей-
ствию бурь, ураганов, смерчей замечательный русский геолог Д.В. На-
ливкин посвятил специальную монографию [1969].
Землетрясения, цунами, крупные оползни и обвалы, вулканические
извержения, особенно крупные, ураганы - все это, несомненно, геологи-
ческие катастрофы (англ, hazards). Они уносят жизни тысяч, нередко
десятков тысяч людей, и не удивительно, что их прогнозированию и воз-
можному смягчению последствий посвящена специальная международ-
ная программа.
Крупнейшей катастрофой в новейшей истории Земли, очевидно, была
та, что описана в “Ветхом завете” под названием Всемирного потопа.
Долгое время, вплоть до работ английских геологов У. Бекленда и
А. Седжвика 20-х годов XIX в., это событие воспринималось как реаль-
ное и вся история Земли делилась на две эры - до и после Всемирного
потопа. Однако в дальнейшем взгляды “дилювианистов”, как их называ-
ли (от лат. diluvio - потоп), были опровергнуты и даже осмеяны. Теперь
же выясняется, что в ветхозаветном предании содержалась значитель-
ная доля истины. Недавно австрийские ученые из Венского университе-
180
Глава 12
та Эдит Кристан-Тольман и Александр Тольман опубликовали серьез-
ное исследование [Christan-Tollmann, Tollmann, 1991], в котором на ос-
новании анализа различных источников была установлена даже точная
дата события - 23 сентября 9545 г. до н.э., т.е. в начале голоцена.
Само это событие, трактуемое как столкновение с Землей кометы,
основные обломки которой упали в океан, породило землетрясения не-
бывалой силы, мощные извержения вулканов, огромные волны цунами,
ураганы и ливни глобального масштаба, резкое повышение температу-
ры, лесные пожары, общее затемнение, затем похолодание (типа “ядер-
ной зимы”). Вследствие “потопа” исчез ряд представителей существо-
вавшей тогда наземной фауны, в том числе мамонты, а первобытные люди
уцелели лишь в пещерах. Одним из свидетельств этого события являет-
ся выпадение дождя из стеклянных шариков-тектитов на огромном про-
странстве, охватывающем Азию, Австралию, Южную Индию, Мадагас-
кар. Возраст тектитсодержащих слоев во Вьетнаме - около 10 тыс. лет
[Изох, 1991] - совпадает с датировкой “потопа”, установленной супруга-
ми Тольман по другим данным: по годичным кольцам деревьев, по рез-
кому увеличению содержания кислот в ледниковом покрове Гренландии,
по времени исчезновения мамонтов в Сибири.
Имеются все основания предполагать, что подобные катастрофы,
вызванные столкновениями с кометой (вспомним еще Тунгусское собы-
тие) или падением крупных метеоритов (астероидов), неоднократно по-
вторялись в более ранние геологические эпохи и были причиной “вели-
ких вымираний” фауны и флоры. Подробнее об этом было сказано в гла-
ве 11, а сейчас следует отметить, что к списку природных катастроф чисто
земного происхождения надо добавить катастрофы, связанные с взаимо-
действием Земля-Космос.
Итак, данные о современных геологических процессах, как эндоген-
ных, так и экзогенных, показывают, что они протекают непрерывно-пре-
рывисто, что их медленное и постепенное течение прерывается резкими
ускорениями, эффект которых за короткие интервалы времени намного
превосходит эффект медленных изменений в разделяющие эти ускоре-
ния гораздо более длительные отрезки времени.
• Посмотрим теперь, можно ли распространить этот вывод на более
отдаленное и неизмеримо более продолжительное геологическое время.
Весьма ценный материал в этом отношении дает изучение разрезов оса-
дочных толщ методами сейсмостратиграфии и микропалеонтологии в
сочетании с данными бурения на суше и в океане.
Непрерывность, постепенность (градуализм) или прерывистость... 181
Временные сейсмические разрезы наглядно показывают, что накоп-
ление осадочных толщ представляло непрерывно-прерывистый процесс
с неоднократным частичным размывом и переотложением осадков. При
этом поверхности перерывов прослеживаются на огромные расстояния,
оказываясь синхронными, что подтверждается микропалеонтологиче-
ским изучением разделенных ими пачек осадков. Данные микропалеон-
тологии показывают, что стратиграфические зоны, длительность ко-
торых не превышает первые миллионы лет, могут рассматриваться как
глобальные подразделения с изохронными границами. Это положение в
корне противоречит еще недавно существовавшему представлению боль-
шинства специалистов о невыдержанности во времени, метахронности
даже крупных стратиграфических подразделений. Перерывы в накопле-
нии осадков благодаря их широкому пространственному проявлению
стали основой для выделения стратиграфических единиц в так называе-
мой событийной стратиграфии.
С другой стороны, сопоставление сейсмических разрезов пассивных
континентальных окраин и наблюдаемых в них перерывов и литологи-
ческих изменений дало основание П. Вэйлу и его соавторам [Vail et al.,
1977; Haq et al., 1987] для построения ставшей широко известной кри-
вой трансгрессий и регрессий Мирового океана. Одной из особенностей
этой кривой является асимметрия выделенных на ней циклов изменений
уровня океана разных порядков: трансгрессиям отвечают более пологие
участки кривой, регрессиям - более крутые, т.е. переход от трансгрессий
к регрессиям происходит резко и регрессии более кратковременны, пред-
ставляя скачки в развитии колебаний уровня океана.
Построения П. Вэйла неоднократно и частично справедливо крити-
ковали. Критика сосредотачивается вокруг трех пунктов: во-первых, ис-
пользованные разрезы недостаточно представительны, чтобы на них ос-
новывались глобальные построения; во-вторых эти разрезы отражают
не только глобальные, но и региональные, свойственные каждому из них
особенности, вытекающие из различной тектонической истории данно-
го региона; в-третьих, существуют иные, чем эвстатические, факторы,
которые могут определить поднятие континентов, например горизонталь-
ный стресс, связанный с коллизией литосферных плит.
Еще одно возражение касается специально циклов третьего порядка
длительностью в 0,5-4,5, а в среднем 1,6 млн. лет для мелового периода.
Как указывает Э. Миелл [Miall, 1992], точность выделения этих циклов
выше, чем точность хроно стратиграфического расчленения, поэтому
182
Глава 12
корреляция реальных литостратиграфических шкал со шкалой Эксон
(Вэйла) может быть совершенно неоднозначной.
Эти замечания в определенной мере справедливы, и тем не менее
при всем своем неполном совершенстве и, вероятно, неоправданной де-
тализации кривая Вэйла, несомненно, правильно отражает общий ход
колебаний уровня океана, особенно начиная с юрского периода, и согла-
суется с другими данными. А она указывает, в частности, на относитель-
ную быстротечность отрицательных колебаний уровня океана.
То важнейшее обстоятельство, что строение осадочной оболочки
Земли, ее стратисферы запечатлело непрерывно-прерывистый процесс
осадконакопления в глобальном масштабе, вполне соответствует и ха-
рактеру смены фауны и флоры во времени, зафиксированной в страти-
сфере. По существу, именно прерывистость летописи истории органи-
ческого мира способствовала не только поразительной быстроте разра-
ботки общей стратиграфической шкалы в первой четверти XIX в., но и
тому, что эта шкала оказалась в основных чертах пригодной в глобаль-
ном масштабе, хотя была первоначально разработана лишь на западно-
европейском материале. Но еще до ввода в стратиграфию палеонтологи-
ческого метода И. Леман и Г. Фюксель предложили для пермских и три-
асовых отложений Саксонии литостратиграфическое подразделение,
основанное, по существу, на дискретности изменений их литологиче-
ского состава во времени.
Прерывистый характер эвстатических колебаний уровня океана для
четвертичного периода подтверждается и лестницами речных и мор-
ских террас, образование которых является результатом взаимодействия
тектонических поднятий суши и этих колебаний.
Мы подошли теперь к наиболее острому вопросу в дискуссии о ха-
рактере проявления геологических процессов - о развитии во времени
тектонических деформаций сжатия, ведущих к образованию складок,
надвигов и шарьяжей. По этому вопросу достаточно давно сформирова-
лись две противоположные концепции. Одна из них берет начало еще в
XVII в. во взглядах основоположника тектоники флорентийца датского
происхождения Н. Стенона. Он первым истолковал угловые несогласия
между более молодыми и более древними отложениями Тосканы как сви-
детельство того, что вторые после своего накопления и перед накопле-
нием первых подверглись деформациям и были дислоцированы. Следо-
вательно, угловые несогласия - свидетельство проявления фаз складча-
тости. Уже в XIX в. аналогичная трактовка была обоснована французом
Непрерывность, постепенность (градуализм) или прерывистость... 183
Л. Эли де Бомоном, а в первой четверти XX в. немцем Г. Штилле, в ра-
ботах которого, в наиболее развернутой форме в книге “Основы сравни-
тельной тектоники”, изданной в 1924 г. [Stille, 1924], данная концепция
была возведена в ранг закона. Согласно Г. Штилле, орогенические дви-
жения, к которым он относил в первую очередь складкообразование,
проявлялись в истории Земли строго эпизодически, в виде орогениче-
ских фаз длительностью в несколько сот тысяч лет, которые были разде-
лены несравненно более длительными “анорогенными” периодами, ко-
гда тектонические движения носили лишь характер плавных поднятий и
опусканий большого радиуса (эпейрогенез, по Г.К. Гилберту). Эти оро-
генические фазы, которые Г. Штилле выделил под собственными назва-
ниями по месту их типичного проявления в виде угловых несогласий,
имели, по его мнению, глобальное значение. В конце 20-х - начале 30-х
годов эти взгляды Г. Штилле получили широкое распространение, в том
числе и в нашей стране. Повсеместно геологи, изучающие фанерозой-
ские складчатые сооружения, стали искать следы проявления орогени-
ческих фаз, перечисленных в “каноне” Штилле.
Между тем ряд не менее крупных ученых, начиная с Дж. Хаттона и
позже Ч. Лайель и Э. Зюсс, придерживались в своих трудах противопо-
ложных взглядов о непрерывном проявлении всех тектонических про-
цессов, включая складко- и горообразование, причем Ч. Лайель открыто
полемизировал по этому поводу с Л. Эли де Бомоном.
Во второй половине 30-х и в 40-е годы нашего века поднялась волна
критики представлений Г. Штилле как в русской, так и в западной ли-
тературе. Наиболее развернутую форму она приобрела в работах
Н.С. Шатского [1937], который назвал систему взглядов Г. Штилле “нео-
катастрофизмом”, считая, что эти взгляды воскрешают идеи Ж. Кювье и
Л. Эли де Бомона. Критические высказывания в адрес закона и канона
орогенических фаз мы находим и в выступлениях В.В. Вебера, Д.В. На-
ливкина, отчасти автора этих строк. В США с критикой взглядов Г. Штил-
ле выступали Дж. Гиллули [Gilluly, 1949], а еще много раньше Ф. Ше-
пард, как об этом напомнил Дж. Шенгёр [Sengor, 1991], в Западной Ев-
ропе - М.Г. Руттен. В чем же суть этой критики и насколько она была
справедлива?
Одно из главных возражений состояло в том, что во многих регио-
нах Земли интенсивные орогенические события происходили в перио-
ды, которые Г. Штилле в 1924 г. и даже позднее считал анорогенными.
Это касалось, в частности, кембрия, в течение которого мощный ороге-
184
Глава 12
нез проявился в Сибири, и не только там; девона с его акадским орогене-
зом в Северной Америке и его эквивалентами в Австралии, Сибири и
Казахстане, Западной Европе [Леонов, 1976]; четвертичного периода,
который вопреки Г. Штилле оказался не только не анорогенным, но, на-
против, периодом весьма интенсивных орогенических проявлений, что
сам Г. Штилле в конце концов был вынужден признать [Stille, 1950].
Далее выяснилось, что длительность орогенических фаз следует из-
мерять не сотнями тысяч, а миллионами, если не первыми десятками
миллионов лет, и что эти фазы в действительности могут состоять из
целого ряда отдельных импульсов, каждому из которых соответствует
угловое несогласие. Это, в частности, было хорошо показано Дж. Гиллу-
ли на примере неогена нефтегазоносных бассейнов Калифорнии.
Серьезные сомнения вызвал принятый Г. Штилле метод датирова-
ния фаз в тех случаях, когда перерыв в осадконакоплении, сопровождае-
мый угловым несогласием, является достаточно длительным, что весьма
часто наблюдается в природе. В подобных случаях Г. Штилле принимал,
что орогеническая фаза должна была проявиться на том именно времен-
нум уровне, где ей было уготовлено место в его каноне на основании
наблюдений в регионах с более узкой возрастной “вилкой” перерыва.
Естественно, что этот метод мог приводить к подгонке фаз под уже
известные и к искусственному сокращению их числа и длительности.
Но одно из наиболее принципиальных возражений против концеп-
ции Г. Штилле было связано с обнаружением в хорошо изученных неф-
тегазоносных и угленосных бассейнах (Донбасс, Юго-Восточный Кав-
каз, Фергана) фактов проявления складчатости не во время перерывов в
осадконакоплении, а одновременно с ним, по изменению фаций и мощ-
ностей отложений от синклиналей к антиклиналям - так называемая кон-
седиментационная складчатость (рис. 31). Это дало повод Н.С. Шатско-
Региональное
Местное
угловое
несогласие
угловое Рассеянное
несогласие несогласие
Рис. 31. Переход региональных угловых несогласий в местные
и местных угловых несогласий в рассеянное несогласие
Непрерывность, постепенность (градуализм) или прерывистость... 185
му сделать вывод о том, что угловые несогласия есть не что иное, как
вырванные перерывами кадры из непрерывного процесса складкообра-
зования. Действительно, если допустить, что последнее протекает рав-
номерно, за время перерыва происходит как бы накопление увеличения
наклона слоев, “размазанного” по разрезу при непрерывной седимента-
ции (автор назвал последнее дисперсным несогласием).
Другое, также принципиальное возражение появилось много позднее,
с появлением тектоники плит и изучением строения молодых зон суб-
дукции с их аккреционными клиньями. Дело в том, что субдукция, как и
спрединг, с которым она взаимосвязана, представляет длительный и не-
прерывно протекающий процесс, а поскольку складчатость приурочена
к зонам конвергенции литосферных плит и, в частности, субдукции, то
она также должна протекать непрерывно, что противоречит представле-
нию о дискретности орогенических фаз. Это противоречие было отме-
чено швейцарским геологом Р. Трюмпи [Triimpy, 1973], и его пытался
разъяснить Дж. Шенгёр [Seng6r, 1991].
Все приведенные возражения против концепции Г. Штилле в боль-
шей или меньшей мере справедливы, и они заставляют сразу же при-
знать непрерывность проявления деформаций тангенциального сжатия,
характерных прежде всего и в особенности для конвергентных границ
литосферных плит. Но непрерывность еще не означает равномерность.
Появляются данные, которые все же свидетельствуют, что представле-
ние об орогенических фазах заключает и определенную долю истины -
интенсивность деформаций то периодически усиливается, то ослабе-
вает, и эта периодичность обнаруживает некоторую глобальную син-
хронность.
Каковы доказательства только что сказанного в свете приведенной
выше критики в адрес концепции Штилле?
Как отмечалось, одним из наиболее серьезных аргументов в этой
критике было установление конседиментационной складчатости. Одна-
ко более внимательный анализ относительного значения конседимента-
ционного и конденудационного, т.е. происходящего во время перерывов
роста складок показывает, в частности на примерах тех же Донбасса и
Юго-Восточного Кавказа, что скорость этого роста значительно выше
во время перерывов. Очевидно, и сами перерывы во многих случаях,
особенно локальные, связаны с ускоренным ростом складок и с их под-
нятием над уровнем моря. Более того, как отметил Н.С. Шатский в рабо-
те [1951], на перерывы нередко приходятся и перестройки плана склад-
186
Глава 12
чатости. Иначе говоря, с перерывами и угловыми несогласиями все же
связаны определенные скачки в развитии деформационных процессов.
Надо сказать, что ускоренный рост во время перерывов отмечается и для
соляных куполов, например Днепровско-Донецкой впадины.
В 60-е годы уральский геолог А. А. Пронин предпринял трудоемкую
работу по сведению всех данных о проявлении угловых несогласий в
палеозойских разрезах континентов [Пронин, 1969], т.е. по существу
повторил обобщение Г. Штилле, но на гораздо более обширном матери-
але, в определенной мере статистически обработанном. В результате этого
исследования оказалось, что большая часть несогласий приходится
на стратиграфические интервалы, отвечающие орогеническим фазам
Г. Штилле. Результат этот, несомненно, знаменателен.
Другое из наиболее серьезных возражений против представлений
Г. Штилле об эпизодичности орогенеза и, следовательно, складчатых
деформаций заключается, как сказано выше, в их противоречии непре-
рывности действия процессов субдукции, а равно и спрединга. Однако к
настоящему времени стало очевидным, что оба этих основных геодина-
мических процесса не являются столь уж непрерывными. Как оси спре-
динга, так и зоны субдукции с их глубоководными желобами периоди-
чески испытывают скачкообразные смещения в плане. Более того, через
каждые несколько десятков миллионов лет общий план расположения
осей спрединга в океанах подвергается перестройке. Эта перестройка
происходит более или менее синхронно в глобальном масштабе, и с эпо-
хами таких перестроек коррелируются орогенические фазы канона Штил-
ле [Ломизе, 1986; Милановский и др., 1992; Хайн, Сеславинский, 1994;
Schwan, 1977, 1985].
В работе Дж. Шенгёра [Seng6r, 1991], содержащей, пожалуй, наибо-
лее суровую критику взглядов Г. Штилле, приводятся два основных при-
мера, якобы доказывающих непрерывность складкообразования и иллю-
зорность заключений об орогенических фазах на основании угловых
несогласий.
Первый пример относится к аккреционным клиньям (рис. 32).
Дж. Шенгёр стремится доказать как на теоретической модели, так и на
сейсмических профилях через окраины о-вов Тимор и Барбадос и цент-
рального Орегона, что формирование таких клиньев протекает длитель-
но и что одновременно с их наращиванием снизу в тылу происходит не-
согласное перекрытие более молодыми осадками. Но на профиле через
окраину Орегона (рис. 33) видно, что самые молодые отложения клина
Непрерывность, постепенность (градуализм) или прерывистость.., 187
Рис. 32. Последовательное развитие аккреционного надвигового клина
между временами Т} и Т7 [Sengor, 1991]
Мощность слоя t составляет 2х 103 м и наибольшее перемещение висячего крыла
перед новым нарушением L составляет 1,6х 103 м, AU - угловое несогласие, F - склад-
чатость, ISB - бассейн внутреннего склона, TF - надвиг, US - несогласно лежащая
толща. Следует обратить внимание на то, как эрозия и деформация прогрессивно изо-
лируют отдельные несогласия, способствуя их слиянию в уме картирующего геолога.
На врезке время Тзо после аккреции 17 надвиговых чешуй, когда крупный надвиг об-
разуется вне этой последовательности и прорезается через деформированный надви-
говый пакет в тылу клина (Т -Т опущено мной - В.Х.)
188
Глава 12
Рис. 33. Сейсмический профиль МОВ через континентальную окраину
центрального Орегона (по П. Снейвли из [Sengdr, 1991])
Комментарий Дж. Шенгёра. Обратите внимание на крайне нарушенную струк-
туру аккреционного клина и эпизодический характер деформаций, очевидный из се-
кущих соотношений. Как показано на предыдущем рисунке, эпизодичность, видимая
в этом профиле, должна быть кажущейся, «более медленной», чем реальная, видимо,
замаскированная слиянием несогласий, отвечающих временным перерывам, меньшим,
чем разрешающая способность био- и сейсмостратиграфии
имеют плиоценовый возраст, а несогласно перекрывающие их осадки
относятся к голоцену, в то время как в “автохтоне” присутствует плей-
стоцен. Следовательно, на плейстоцен здесь приходится перерыв в фор-
мировании аккреционного клина, которому и отвечает угловое несогла-
сие между плиоценом и голоценом.
Другой пример в статье Дж. Шенгёра относится к Эгейскому регио-
ну, где зона субдукции к югу от о-ва Крит функционирует с миоцена.
Расположенная в тылу этой зоны область, отвечающая более древней
части орогена, испытывала поднятие, а в конце миоцена, в мессинии,
оно сменилось растяжением и погружением, которое и привело в конеч-
ном счете к образованию впадины Эгейского моря и несогласию между
домессинскими и более молодыми отложениями. Между тем во фрон-
тальной части дуги продолжалось наращивание аккреционного клина.
Представляется, что смена сжатия и поднятия растяжением и погруже-
нием в Эгейской впадине служит достаточным основанием для установ-
ления здесь фазы тектогенеза, которая, кстати, и соответствует выделен-
ной Г. Штилле как раз в этом районе аттической фазе.
Следует отметить, что проведенное глубоководным бурением в со-
четании с многоканальной сейсмикой изучение зон субдукции показало,
что во многих из них аккреция не проявляется непрерывно, а неоднок-
ратно сменяется тектонической эрозией с последующим опусканием со-
ответствующего участка континентальной окраины и перекрытием акк-
реционного клина более молодыми осадками. Естественно, что при этом
между ними возникает угловое несогласие.
Непрерывность, постепенность (градуализм) или прерывистость.., 189
Дискретность тектоно-магматических событий в мезозое и кайнозое
в области типичной северо-западной аккреционной окраины Тихого оке-
ана была недавно убедительно показана С.Д. Соколовым [1992].
Вообще говоря, всегда существует принципиальная возможность того,
что непрерывный процесс находит прерывистое отражение. Одним из
примеров может служить образование турбидитов. Перегрузка внешне-
го шельфа осадками может явиться причиной их срыва с его кромки и
перемещения мутьевого потока вниз по континентальному склону к его
подножию. Это может происходить и при вполне спокойном состоянии
континентальной окраины, но если последняя испытывает проявления
сейсмической активности, то становится весьма вероятным, что образо-
вание мутьевых потоков и, следовательно, турбидитов произойдет именно
во время сейсмического толчка. Другой пример - геоморфологи доказы-
вают, что образование речных террас может иметь место и независимо
от изменений положения базиса эрозии. Но если такие изменения про-
исходят, притом скачкообразно и тем более одновременно на значитель-
ных расстояниях, то делается очевидным, что формирование террас при-
вязано именно к подобным скачкам.
Возвращаясь к аккреционным клиньям, отметим, что исследователи
окраины Тимора, на которых ссылается Дж. Шенгёр, отмечают, что де-
формационный фронт, т.е. внешний край клина, “не мигрирует плавно, а
прерывисто смещается к югу по мере того, как образуется соответствую-
щая крупная надвиговая чешуя”. Так что и в подобных ситуациях непре-
рывность сочетается с прерывистостью.
К этому надо добавить, что, если такого рода скачки проявляются
более или менее синхронно на значительной площади, например в слу-
чае образования тех же турбидитов, отдельные слои которых, в част-
ности на Кавказе, прослеживаются на сотни километров (по данным
Н.Б. Вассоевича и В.А. Гроссгейма, а позднее С.Л. Афанасьева, зани-
мавшихся коннексией флишевых разрезов), существует большая вероят-
ность наличия некоего синхронизирующего механизма, каковым может
быть глобальный ритм эндогенной активности Земли.
Существование такого глобального ритма в масштабе фанерозойс-
кой истории Земли находит подтверждение в проведенном К.Б. Сесла-
винским и автором настоящей книги [Хайн, Сеславинский, 1994] полу-
количественном анализе тектонической активности нашей планеты в этом
эоне. Наш анализ показал реальность не только классических тектони-
ческих циклов - циклов Бертрана - каледонского и других, но и отдель-
190
Глава 12
ных эпох повышенной активности, примерно соответствующих ороге-
ническим фазам Г. Штилле, что ранее выявил А.А. Пронин для палеозоя
на основании статистики угловых несогласий.
В нашей с К.Б. Сеславинским работе затрагивались не только прояв-
ления тектонических деформаций, но и процессы магматизма и регио-
нального метаморфизма. Они также обнаруживают периодические уси-
ления и ослабления интенсивности, которые, как уже подмечали многие
исследователи (сначалаГ. Гастил [Gastil, 1960] иМ.М. Рубинштейн [1967],
позже И.А. Загрузина [1991] и Ю.Д. Пушкарев [1990]), находят свое чет-
кое отражение на гистограммах радиометрических датировок. Приме-
нительно к офиолитам и метаморфитам низких температур и высоких
давлений об этом писали Н.А. Богданов и Н.Л. Добрецов [1987].
Формирование гранитных батолитов - особенно наглядное свидетель-
ство сочетания непрерывности и прерывистости процесса. С одной сто-
роны, пример многих крупных батолитов, таких, как батолит Береговых
хребтов Британской Колумбии, Береговой батолит Перу, Баргузинский
на юге Сибири, показывает, что их формирование - процесс весьма дли-
тельный, охватывающий десятки, нередко более сотни миллионов лет.
С другой стороны, это формирование было многофазным, т.е. дискрет-
ным, и в нем были отдельные пики, которые, в частности для батолитов
Северо-Американских Кордильер, совпадают с основными эпохами де-
формаций сжатия - невадской, севиерской, ларамийской.
Итак, напрашивается вывод, что между эволюционизмом и ката-
строфизмом, градуализмом и пунктуализмом нет никаких противоречий.
Геологическая среда развивается непрерывно-прерывисто, как было от-
мечено уже М.И. Варенцовым [1939] и автором книги [Хайн, 1950,1971].
Геологические катастрофы, в частности, представляют собой вполне ес-
тественное явление, и в них не надо видеть отражение неких религиоз-
ных, мистических представлений. Кстати, не было их и у такого осново-
положника катастрофизма, как Ж. Кювье. Недооценка роли скачков, ка-
тастрофических явлений делает более плоским наше видение
геологической истории, сводя его к скучному униформизму.
Это заключение полностью относится и к истории органического
мира. Представление о том, что резкие изменения в составе ископаемой
фауны и флоры на стратиграфических рубежах связаны с неполнотой
геологической летописи, с перерывами в накоплении осадков, опроверг-
нуто дальнейшими исследованиями. Достаточно сослаться на изучение
непрерывных разрезов переходных от мела к палеоцену слоев и ряда
Непрерывность, постепенность (градуализм) или прерывистость... 191
других, заставивших выдвинуть альтернативную концепцию “великих
вымираний” (англ, mass extinctions), анализ которой был предпринят в
предыдущей главе. Концепция “великих вымираний” полностью реаби-
литирует взгляды Ж. Кювье на значение катастроф, или, как он их назы-
вал, революций в истории земного шара.
Рассмотренная в данной главе проблема, казалось бы, нашла доста-
точно убедительное решение, находящее свое подтверждение во вновь
публикуемых материалах. Это касается, в частности, результатов деталь-
ного изучения активных окраин Тихого океана, обнаруживших и на за-
паде (Курилы, Япония), и на востоке (Центральная и Южная Америка)
чередование фаз наращивания аккреционных призм и эрозии этих окра-
ин, свидетельствующее о непрерывно-прерывистом процессе их разви-
тия. То же относится и к истории формирования крупных гранитных ба-
толитов, о чем также уже шла речь выше.
И, тем не менее, дискуссия по данной проблеме не закончена, о чем
может свидетельствовать полемика австралийских геологов по поводу
характера развития Лахланской ранне- и среднепалеозойской складча-
той системы. В работах одних исследователей [Gray et al., 1997] доказы-
вается непрерывность и постепенность деформационного процесса в
интервале 460-380 млн. лет т.н. в связи с функционированием зон суб-
дукции вдоль восточной окраины будущего орогена, в то время как дру-
гие исследователи [Vanden Berg, 1999] указывают на эпизодичность этих
деформаций, выделяя фазы на уровне 455,440, 425 и 380 млн. лет т.н. и
отрицая непрерывность субдукции. При этом в качестве основного ис-
точника информации используются данные определения 40Аг/59Аг возра-
ста мусковита, развивающегося вдоль поверхностей кливажа и в кварце-
вых жилах.
ЛИТЕРАТУРА
Богданов Н.А., Добрецов Н.Л. Офиолиты Калифорнии и Орегона И Гео-
тектоника. 1987. № 5. С. 97-105
Варенцов М.И. Борьба на два фронта в современной геологии: Против
неоката-строфистов и вульгарных эволюционистов И Сов. геология.
1939. № 8. С. 7-22
Галушкин Ю.И., Дубинин Е.П., Шеменда А.И. Термическая структура
осевой зоны срединно-океанических хребтов И Изв. РАН. Физика Зем-
ли. 1994. №5. С. 11-26
Загрузина И.А. Практическая геохронометрия. М.: Наука, 1991. 230 с.
192 Глава 12
Изох Э.П. Импактитный кратер Жаманшин и проблема тектитов // Гео-
логия и геофвзика. 1991. № 4. С. 3-14
Леонов Ю.Г. Тектоническая природа девонского орогенеза. М.: Недра,
1976. 192 с.
Ломизе М.Г. О корреляции главных проявлений тектогенеза в мезозое и
кайнозое //ДАН СССР. 1986. Т. 290. № 4. С. 929-932
Милановский Е.Е., Никишин А.М., Копаевич Л.Ф. и др. О коррекции фаз
реорганизации кинематики литосферных плит и короткопериодных
изменений уровня Мирового океана // Докл. РАН. 1992. Т. 326. № 2.
С. 313-317
Наливкин Д.В. Ураганы, бури и смерчи. Л.: Наука, 1969. 487 с.
Пронин А.А. Каледонский цикл тектонической истории Земли. Л.: На-
ука, 1969. 231 с.
Пушкарев Ю.Д. Мегациклы в эволюции системы кора-мантия. Л.: На-
ука, 1990. 217с.
Рубинштейн М.М. Орогенические фазы и периоды складчатости в свете
данных абсолютной геохронологии // Геотектоника. 1967. № 2. С. 35-49
Соколов С.Д. Аккреционная тектоника Корякско-Чукотского сегмента
Тихоокеанского пояса. М.: Наука, 1992. 182 с.
Ханн В.Е. О непрерывно-прерывистом течении тектонических процес-
сов И Изв. АН СССР. Сер. геол. 1950. №6. С. 26-44
Хайн В.Е. Об общих закономерностях развития тектонических процес-
сов во времени - проблемы прерывистости-непрерывности, циклич-
ности-направленности//Веста. МГУ. Сер. 4, геология. 1971. № 4. С.
3-22
Хайн В.Е., Сеславинский К.Б. Глобальные ритмы в фанерозойской эндо-
генной активности Земли И Стратиграфия. Геологическая корреля-
ция. 1994. № 6. С. 40-63
Шатский Н.С. О неокатастрофизме // Проблемы сов. геологии. 1937.
№ 7. С. 532-551
Шатский Н.С. Длительность складкообразования и фазы складчатости
// Изв. АН СССР. Сер. геол. 1951. № 1. С. 15-53
Christan-Tollmann Е., Tollmann A. Der sintflut Impakt И Mitt. Oster, Geol.
Ges. 1991. Bd. 84. S. 1-63
Gastil G. The distribution of mineral data in time and space // Amer. J. Sci.
1960. Vol. 258. P. 1-35.
GillulyJ. The distribution of mountain building in the geological time // Bull.
Geol. Soc. Amer. 1949. Vol. 60. N 4. P. 561-590
Непрерывность, постепенность (градуализм) или прерывистость... 193
Gray D.R., Foster D.A., Bucher М. Recognition and definition of orogenic
events in the Lachlan fold belt I I Austr. J. Earth Sci. 1997. Vol. 44. P. 489-
581
Haq B. U., Hardenbol J., Vail P.P. Chronology of fluctuating sea levels since
the Triassic // Science. 1987. Vol. 235. N 4793. P. 1156-1166
Miall A.D. Exxon global cycles chart: An event for every occasion? // Geology.
1992. Vol. 20. N 9. P. 787-790
Schwan W. Hohepunkte der Geodynamik bei alpinotyper Orogenese und bei
Ocean-floor spreading bzw. Plattenbewegungen И Ztschr. Dt Geol. Ges.
1977. Bd. 128. S. 143-152
Schwan W. The worldwide active Middle/Late Eocene geodynamic episode
•with peaks at +45 and +37 m.y. B.P. and implications and problems of
orogeny and sea-floor spreading//Tectonophysics. 1985. Vol. 115.P. 197-
234
Sengor A.M. C. Timing of orogenic events: A persistent geological controversy
// Controversies in modem geology. N.-Y.: Acad, press, 1991. P. 405-473
Stille H. Grundffagen der vergleichenden Tektonik. 1924.
Stille H. Nochmals die Frage der Episodizitat und Gleichzeitigkeit der orogenen
Vorgange I I Geol. Rdsch. 1950. Bd. 38. H. 2
Triimpy R. The timing of orogenic events in the Central Alps // Gravity and
tectonics. N.-Y.: Wiley, 1973. P. 229-251
VailP.R, Mitchum PM, TodRG. et al. Seismic stratigraphy and global changes
of sea level // Amer. Assoc. Petrol. Geol. Mem. N 26.1977. P. 49-212
Vanden BergA.H.M. Timing of orogenic events in the Lachlan orogen // Austr.
J. Earth Sci. 1999. Vol. 46. P. 691-701
Глава 13
НАПРАВЛЕННОСТЬ И ЦИКЛИЧНОСТЬ
В ЭВОЛЮЦИИ ЗЕМЛИ
На протяжении всех 4,6 млрд, лет своей истории наша планета и про-
исходившие в ее недрах и на поверхности геологические процессы, не-
сомненно, испытывали значительные изменения. В их основе лежало
изменение физических и астрономических параметров, определяющих
течение геологических процессов. Из астрономических параметров наи-
большее значение имело удаление Луны от Земли с уменьшением амп-
литуды твердых приливов, замедлением осевого вращения Земли и со-
ответственным увеличением продолжительности суток и наклона оси вра-
щения, а также увеличение светимости Солнца и, следовательно,
инсоляции земной поверхности.
Однако роль изменений, связанных с недрами планеты, была неиз-
меримо выше. Здесь на первое место выходит уменьшение глубинного
теплового потока, оцениваемое по сравнению с археем в 3-4 раза. Это
вековое охлаждение Земли связано с истощением основных источников
ее разогрева - тепла, во-первых, приобретенного Землей в ходе аккре-
ции; во-вторых, выделявшегося при образовании ядра и продолжавшего
выделяться в процессе дифференциации на оболочки, включая форми-
рование внутреннего ядра за счет кристаллизации вещества внешнего
ядра; в-третьих, производимого твердыми лунно-солнечными прилива-
ми и, наконец, в-четвертых, продуцируемого распадом естественно-ра-
диоактивных элементов и изотопов (подробнее см. гл. 15). Одновремен-
но с выделением тепла из глубоких недр Земли происходит их дегаза-
ция, точнее, дефлюидизация, масштабы которой, несомненно, также
уменьшались в истории Земли, судя, в частности, по степени развития
процессов гранито- и пегматитообразования, а равно метаморфизма и мета-
соматизма, наиболее интенсивно проявлявшихся в раннем докембрии.
Направленность и цикличность в эволюции Земли
195
В противоположность деградации эндогенной энергии Земли возра-
стала роль энергии, производимой в ходе развития биосферы. Наблюда-
лось увеличение как общего объема биомассы на поверхности Земли,
так и ее энергетического потенциала, а также проникновения жизни в
глубины океанов, в недра Земли и в верхние слои атмосферы. Благодаря
субдукции, происходящей на Земле уже 3,5 млрд, лет, если не более, про-
дукты жизнедеятельности организмов, и прежде всего органический уг-
лерод, могли затягиваться в глубь мантии Земли, по меньшей мере до
границы между верхней и нижней мантией (~670 км), а возможно, и
вплоть до границы ядра, и затем участвовать в обратном подъеме (адвек-
ции) флюидов с этих глубин. Кульминация воздействия живой материи
на геологические процессы - это, конечно, геологическая деятельность
человека, расширившего диапазон своего проникновения в глубины твер-
дых недр и океана до 11-12 км и в космос до дальних пределов Солнеч-
ной системы.
Важнейшим аспектом геологической (геодинамической) эволюции
Земли является, несомненно, ее прогрессирующее расслоение на обо-
лочки. Как уже отмечалось в главе 1, даже с позиций гипотезы гомоген-
ной аккреции это расслоение должно было начаться очень рано, если не
непосредственно на стадии самой аккреции, то практически немедлен-
но вслед за ней.
Его первым шагом должны были быть разделение твердой Земли на
ядро и мантию и образование первичной атмосферы, завершившиеся уже
на первой постаккреционной, доплитнотектонической стадии развития
Земли. В эту же стадию, вероятно во вторую ее половину, началась кри-
сталлизация существовавшего в первые сотни миллионов лет истории
Земли у ее поверхности магматического океана (или мощной, частично
расплавленной протоастеносферы) с образованием первичной, предпо-
ложительно базальтово-коматиитовой (и, возможно, габбро-анортозито-
вой) коры Земли. На следующей, раннеархейской (4-3,5 млрд, лет т.н.)
стадии эта кора была преобразована гранитизацией через плавление и
метасоматизм в протоконтинентальную с возникновением островов про-
тосиаля - протоконтинентов. На этой же стадии Земля обрела еще две
наружные оболочки - гидросферу, образовавшуюся за счет конденсации
водяных паров первичной атмосферы после того, как температура зем-
ной поверхности снизилась до соответствующей величины, и биосферу,
загадочные пока условия возникновения которой были рассмотрены в
главе 4.
196
Пава 13
Развитие плитнотектонических процессов - спрединга и субдукции
- на третьей, средне- и позднеархейской стадии (3,5-(3)-2,5 млрд, лет
т.н.) с последовательным образованием множества вулканических дуг в
зеленокаменных поясах и их аккрецией к островным ядрам серогнейсо-
вого протосиаля привело в конечном счете к формированию уже сплош-
ного и протяженного слоя зрелой континентальной коры мощностью
порядка 35-40 км [Борукаев, 1990]. При этом, как показал Г. Мартен
[Martin, 1986], гранитообразование в архейских зонах субдукции благо-
даря более высокому геотермическому градиенту отличалось от более
позднего тем, что гранитная магма являлась продуктом непосредствен-
ного плавления субдуцируемой океанской коры, а не находящегося над
нею клина верхней мантии нависающей плиты под влиянием дегидрата-
ции этой коры. Этим, по мнению Г. Мартена, объясняются определен-
ные химические отличия архейских и более молодых гранитов. Разви-
тие процессов метаморфизма и анатектического гранитообразования в
нижней части образовавшейся к концу архея мощной коры повлекло за
собой ее разделение на два слоя различного состава (гранулит-базито-
вый и гранито-гнейсовый) и разных реологических свойств. В свою оче-
редь, образование гранито-гнейсового слоя, представленного, в частно-
сти, плоскими гранитными батолитами зеленокаменных поясов, способ-
ствовало консолидации и стабилизации гранит-зеленокаменных областей,
т.е. превращению их в кратоны. Появление алмазоносных кимберлито-
вых трубок в конце архея показывает, что континентальная литосфера
одновременно должна была достигнуть мощности порядка 150-200 км
[De Wit et al., 1992]. Ниже обособилась астеносфера, в какой-то мере
представлявшая собой реликт доархейского магматического океана (про-
тоастеносферы).
На рубеже архея и протерозоя (2,5 млрд, лет т.н.), вероятно, впервые,
если не принять гипотезу гетерогенной аккреции или компромиссный
между нею и альтернативной гипотезой вариант, произошло обособле-
ние твердого внутреннего ядра Земли, продолжавшего затем разрастать-
ся за счет железа и никеля жидкого внешнего ядра (подробнее о возмож-
ном механизме этого процесса см.: [Kumazawa et al., 1994]).
Таким образом, к началу протерозоя все основные оболочки Земли:
внутреннее и внешнее ядро, мантия, кора с ее двумя слоями, гидросфе-
ра, биосфера и атмосфера - были уже сформированы, но их эволюция на
этом не закончилась. В течение раннего протерозоя в зонах спрединга
продолжала рождаться новая океанская кора, а в зонах субдукции за счет
Направленность и цикличность в эволюции Земли 197
ее преобразования возникала новая континентальная кора, наращивав-
шая ранее образованные континентальные массивы. В итоге до 60-80%
современной континентальной коры было уже образовано к концу ран-
него протерозоя, к 1,65 млрд, лет т.н. Этот процесс аккреции континен-
тальной коры продолжался в среднем и позднем протерозое и в фанеро-
зое, но уже в замедленном темпе и в значительной степени за счет ре-
циклинга более ранней континентальной коры - ее поверхностной эрозии,
сноса обломочного материала в океан с суши, его переработки и “реге-
нерации” в зонах субдукции, куда поступал также материал подошвен-
ной эрозии континентальной коры в самих этих зонах.
Одновременно продолжалось обеднение верхней мантии некогерен-
тными, литофильными элементами, уходившими в кору вместе с базаль-
товой магмой, и тем самым усиливались некоторые химические разли-
чия между деплетированной, особенно под архейскими континентами,
верхней мантией и недеплетированной, первично несколько обогащен-
ной этими элементами нижней мантией. Однако значительная часть ли-
тофильных элементов возвращалась в верхнюю мантию, в ее базальный
слой в процессе субдукции, снова поднимаясь к поверхности Земли в
составе мантийных струй.
Как показано в работе [Durrheim, Mooney, 1991], судя по распределе-
нию сейсмических скоростей, обнаруживаются существенные различия
в мощности и составе архейской и протерозойской континентальной коры.
Архейская кора в среднем менее мощная - 35 км, протерозойская более
мощная - 45 км, причем в ее низах выделяется слой повышенных скоро-
стей - более 7 км/с. Этот слой рассматривается как возникший в резуль-
тате накопления базальтовой магмы в основании коры. Возможность его
образования связывается с выделением из менее истощенной по сравне-
нию с архейской, интенсивно деплетированной при образовании кома-
тиитов мантии.
Эта гипотеза одновременно помогает понять подмеченную К. Конди
[Condie, 1989] бблыпую обогащенность нижнепротерозойских базаль-
тов некогерентными элементами, чем архейских, на первый взгляд пред-
ставляющуюся парадоксальной. Впрочем, возможно и другое предполо-
жение - вовлечение в плавление более глубоких и поэтому менее исто-
щенных горизонтов верхней мантии, включая переходный слой
Голицына. Этим можно было бы объяснить и тот факт, что только в кон-
це архея появляются породы щелочно-базальтовой ассоциации типа по-
род современных океанских островов.
198
Глава 13
Гидросфера, вероятно, достигла объема, близкого к современному,
уже к началу фанерозоя, если не раньше, в протерозое, поскольку рост
ее объема должен был коррелироваться с темпом роста коры за счет маг-
матизма. Но все же она и позже продолжала пополняться за счет дегаза-
ции мантии, происходившей в ходе вулканической деятельности. Та же
дегазация должна была приводить и к увеличению объема атмосферы, а
ее состав претерпел коренное изменение в начале раннего протерозоя
благодаря взаимодействию с биосферой - появился свободный кисло-
род и атмосфера сменила свой первичный восстановительный характер
на окислительный. Между тем продолжалась экспансия биосферы, пер-
воначально занимавшей лишь самую верхнюю часть водной оболочки
Земли. Она распространилась и в глубины океана, и на просторы суши в
виде наземных флоры и фауны. По существу, завоевание человеком ат-
мосферы, океана, земных недр и космоса - это дальнейшее проявление
той же экспансии биосферы, частично переродившейся с появлением
человека в ноосферу.
В общем можно констатировать, что замедлению темпов дифферен-
циации глубоких недр Земли от архея к протерозою и от протерозоя к
фанерозою противостояло ускорение темпов дифференциации самих
внешних оболочек Земли.
Параллельно с прогрессирующей дифференциацией Земли на обо-
лочки шел процесс усложнения их петрографического и минералогиче-
ского состава. Этот процесс сочетается с усложнением этого состава по
вертикали от более глубоких оболочек твердой Земли к наружным, от
нижней мантии к верхней, к коре и особенно к осадочной оболочке, коре
выветривания и почвам.
Нижняя мантия сложена в основном двумя просто построенными
минералами: перовскитом (Са, Mg) SiO3 и магнезиовюститом (Mg, Fe)O.
В низах верхней мантии появляются оливин (шпинель), гранаты, далее
пироксены, плагиоклазы, а выше минералы, очевидно образованные за
счет веществ, затянутых в эти глубины субдукцией, - флогопит, алмаз,
коэсит, стишовит. В коре минеральное разнообразие весьма значительно
возрастает, прежде всего за счет полевых шпатов, амфиболов, слюд, квар-
ца, а также таких алюмосиликатов, как кианит, силлиманит, ставролит, и
других метаморфических минералов. В осадочной оболочке коры это
разнообразие пополняется карбонатами, сульфатами, хлоридами. Слож-
ность строения достигает своего максимума в слоевых силикатах - слю-
дах, а также в минералах группы глин и кор выветривания.
Направленность и цикличность в эволюции Земли
199
Это усложнение минерального состава примерно отвечает и истори-
ческой последовательности возникновения отдельных минеральных ви-
дов, связанной с увеличением разнообразия магматических пород. Сре-
ди последних наиболее ранние и вместе с тем “сквозные” образования,
притом общие для всех планет земной группы и Луны, - толеитовые ба-
зальты. Вместе с ними появляются и продукты более полного плавления
верхней мантии - коматииты, пикриты. В составе всех этих пород уже
присутствуют плагиоклазы, пироксены, оливин. Появляющиеся в ран-
нем архее тоналиты и родственные им гранитоиды приносят с собой
кислые плагиоклазы и кварц. В позднем архее с массовым появлением
калиевых гранитоидов в составе земной коры большую роль начинают
играть калиевые и калинатровые полевые шпаты, а также слюды. С кон-
ца архея (2,8.млрд. лет т.н.) становятся известными щелочные интрузив-
ные породы, в частности нефелиновые сиениты с их фельдшпатоидами.
Тогда же появляются континентальные платобазальты и дайки долери-
тов и габбро-долеритов. В раннем протерозое встречается уже почти все
существующее позднее разнообразие магматических пород, интрузив-
ных и излившихся. Своеобразные граниты рапакиви с их овоидами ка-
лиевого шпата, характерные для среднего протерозоя, представляют со-
бой редкий пример “вымерших” затем магматических пород.
Эволюция гранитообразования вообще заслуживает особого внима-
ния. Первые, ранне- и среднеархейские гранитоиды тоналит-трондьемит-
гранодиоритового состава - “серые гнейсы” - возникли в итоге массово-
го переплавления первичной базальтовой коры в процессе субдукции,
“сагдукции” (прямого погружения в астеносферу) или обдукции, сопро-
вождаемых метасоматизмом. Их стронциевая и неодимовая изотопная
маркировка свидетельствует об образовании за счет материала, лишь
недавно выплавленного из мантии, т.е. о принадлежности к типу I. Вто-
рая, позднеархейская генерация гранитоидов, теперь уже нормальных,
калиевых, имеет анатектическое происхождение, представляя собой ре-
зультат селективного плавления нижней коры, испытывавшей гранули-
товый метаморфизм и дегранитизацию. Иначе говоря, это первые грани-
ты типа S. Раннепротерозойские гранитоиды принадлежали уже к обоим
типам: в энсиматических протогеосинклиналях они имеют субдукцион-
ное происхождение и относятся к типу I (в частности крупные батолиты
в системах Уопмей, Трансгудзонской и Лабрадорской Канадского щита);
в энсиалических, интракратонных протогеосинклиналях (в частности
австралийских) - к типу S.
200
Глава 13
В конце раннего и в среднем протерозое отмечается первое массовое
появление анорогенных гранитоидов типа А (одиночные плутоны этого
типа известны уже с конца архея), нередко входящих вместе с габбро-
анортозитами в состав крупных расслоенных плутонов. Наиболее прав-
доподобное объяснение их происхождения состоит во взаимодействии
базальтовых мантийных выплавок, скапливающихся в основании коры
суперконтинента (англ, название явления - underplating), с сиалическим
материалом этой коры. Начиная с позднего протерозоя, когда тектоника
плит “заработала” в полную силу, в окраинно-континентальных подвиж-
ных поясах преобладало образование субдукционных гранитоидов типа
I, в краевых вулкано-плутонических поясах андского типа - с некоторым
участием контаминации сиалической коры, а в межконтинентальных,
коллизионных, - гранитоидов типа S - продуктов плавления либо ниж-
ней коры, либо осадочных песчано-глинистых толщ геосинклинального
выполнения. Вместе с тем в далеком тылу вулкано-плутонических по-
ясов получают распространение анорогенные гранитоиды типа А, ярким
примером которых являются яншаньские гранитоиды Восточного Китая
и одновозрастные им интрузии Алданского щита, а также ларамийские
гранитоиды Скалистых гор США и Восточной Сьерры-Мадре Мексики.
Эволюционные изменения касаются и состава метаморфических
пород. Уже в раннем архее встречаются породы амфиболитовой фации,
прежде всего различные гнейсы, а в среднем-позднем архее присутству-
ет вся разнотемпературная гамма метаморфитов низкого и умеренного
давления, от зеленосланцевой до гранулитовой фации с ее чарнокитами
и эндербитами. В раннем протерозое появляются метаморфиты высоко-
го давления - эклогиты, а в позднем протерозое получают распростраг
нение метаморфические породы высокого давления и низкой температу-
ры -’’голубые сланцы” с глаукофаном, кросситом, лавсонитом. Впрочем,
есть некоторые указания на их присутствие уже в нижнем протерозое,
например в Китае.
В общем же с позднего протерозоя встречается весь набор метамор-
фических пород различных ступеней и фаций. Но можно отметить, что
удельный вес высокотемпературных разностей постепенно снижается,
очевидно за счет снижения теплового потока. Однако это впечатление
может усиливаться эффектом меньшего глубинного среза.
Эволюционные изменения в стиле тектонических деформаций ока-
зались меньшими, чем это еще недавно предполагалось. В архее, вклю-
чая нижнеархейские образования, в последние годы были установлены
Направленность и цикличность в эволюции Земли 201
столь же сложные покровно-надвиговые дислокации, что и в молодых,
альпийских подвижных системах. Определенная специфика докембрий-
ской тектоники заключается, пожалуй, лишь в широком развитии грани-
то-гнейсовых куполов, которые, впрочем, распространены и в палеозое
(Аппалачи, Урал, Скандинавские каледониды и др.), и даже в мезозое
(Канадские Кордильеры, Забайкалье, Камчатка). Гранитовые диапиры
были широко распространены уже в архее, а глиняные и соляные - начи-
ная с позднего протерозоя (Австралия). Проявления грязевого вулканиз-
ма, обычно сопутствующего глиняному диапиризму, известны с поздне-
го палеозоя или мезозоя.
Благодаря неоднократному изменению числа и расположения лито-
сферных плит и их границ, а также характера взаимодействия между
ними и соответствующему изменению полей напряжения структурный
план земной коры и литосферы непрерывно усложнялся и возникала
дисгармония между структурами разных уровней с проявлением гори-
зонтальных срывов между отдельными слоями литосферы.
К числу важнейших сторон эволюции Земли относятся, несомненно,
изменения в динамике тектоносферы (литосфера+астеносфера) и в оп-
ределяющем ее конвективном режиме мантии.
Как уже указывалось в главе 2, постаккреционное развитие Земли
началось с образования непосредственно у ее поверхности или близ нее
магматического океана или сильно подплавленной протоастеносферы.
Разогреву верхней мантии в это время значительно способствовали ин-
тенсивные твердые приливы, вызываемые еще очень близкой Луной.
После образования из верхней части магматического океана или прото-
астеносферы первичной твердой коры Земли ниже обособилась астено-
сфера, в которой протекала энергичная, но еще хаотическая конвекция.
В интервале 4,2-3,9 млрд, лет т.н. Земля подвергалась интенсивной ме-
теоритной бомбардировке, реакцией на которую были образование вос-
ходящих мантийных струй-плюмов и излияния базальтов, а в дальней-
шем, в раннем архее, их преобразование в тоналитовые “серые гнейсы”,
вероятно в пределах кольцевых структур, с возникновением островов
протоконтинентальной коры - протосиаля. На этом, очевидно, закончи-
лась доплитнотектоническая стадия развития Земли, с господством хао-
тической конвекции и режима мантийных струй-плюмов.
Возможно, в среднем и определенно в позднем архее плюм-тектони-
ка сменяется плейт-тектоникой. В процессе рифтинга и позже спредин-
га, сначала рассеянного, затем сосредоточенного, образуются многочис-
202
Глава 13
ленные зеленокаменные пояса, а в их пределах - вулканические дуги
над зонами субдукции. Соответственно можно думать, что конвекция в
мантии приняла более упорядоченный характер. Она должна была быть
мелкоячеистой, причем это относится к верхней мантии, а в нижней ман-
тии могла действовать своя, отличная форма конвекции. Согласно дан-
ному в главе 6 определению, архейскую тектонику плит можно обозна-
чить как эмбриональную, или тектонику многочисленных мелких плит
(мультиплитную). Скорость спрединга могла быть выше современной
(хотя это и оспаривается), а средний возраст субдуцируемых плит мень-
ше - 20 млн. лет против 60 млн. лет в современную эпоху [Abbott,
Hoffman, 1984], хотя существует и несколько другое представление. Со-
ответственно наклон зон субдукции был более пологим, мощность же
океанской коры большей за счет более интенсивного плавления сильнее
разогретой мантии [Abbott, Druty, 1994].
К концу архея аккреция вулканических дуг зеленокаменных поясов
к островам протосиаля и коллизия разросшихся таким образом лито-
сферных плит - гранит-зеленокаменных областей - привели к образова-
нию первого суперконтинента - Пангеи 0. Мантийная конвекция в пери-
од существования этого суперконтинента, охватывающий самый юнец
архея и первую половину раннего протерозоя, должна была испытать
значительную перестройку - она стала общемантийной и одноячейко-
вой. В дальнейшем, во вторую половину раннего протерозоя, это повлекло
за собой распад первой Пангеи на целый ряд малых литосферных плит,
более крупных, чем архейские, но более мелких, чем фанерозойские.
Наступила эра тектоники малых плит, как ее определили А. Гудвин и
автор настоящей книги. Оси спрединга, ограничивающие раннепротеро-
зойские плиты, составляют характерную полигональную, близкую к гек-
сагональной решетку, что свидетельствует о проявлении в мантии мно-
гоячеистой конвекции типа Рэлея-Бенара, снова раздельно действующей
в верхней и нижней мантии.
Одновременно с первой Пангеей на другой стороне Земли должна
была образоваться Панталасса, реликтом которой условно может счи-
таться мезозойско-кайнозойский Тихий океан, хотя конфигурация Пан-
талассы неоднократно менялась в течение протерозоя и фанерозоя.
В конце раннего протерозоя произошло воссоздание Пангеи - обра-
зовалась Пангея I, и новая смена типа конвекции на общемантийную и
одноячейковую. Пангея I продолжала существовать в первую половину
среднего протерозоя, а затем процесс мог повториться с ее распадом и
Направленность и цикличность в эволюции Земли
203
восстановлением в конце этого эона, в гренвильскую тектономагмати-
ческую эпоху примерно 1 млрд, лет т.н. Во всяком случае, далее, в по-
зднем протерозое и раннем палеозое, опять последовала деструкция
Пангеи с обособлением супер^онтинента Гондваны и континентов - кра-
тонов северной, лавразийской группы - и раскрытием разделяющих их
океанов. Такова, впрочем, традиционная точка зрения, представляюща-
яся, по крайней мере сегодня, наиболее вероятной. Существенно иная
концепция выдвинута недавно Э. Мурсом [Moores, 1991], И. Диелом
[Dalziel, 1991] и П. Хоффманом [Hoffman, 1991]. Основываясь на сход-
стве позднепротерозойских-раннепалеозойских разрезов Восточной
Австралии и Антарктиды, с одной стороны, и запада Северной, а также
Южной Америки - с другой, названные исследователи допускают; что в
указанное время эти материки смыкались друг с другом и лишь затем
были разделены рифтингом с образованием (лишь тогда!) Тихого океа-
на, с разворотом Австралии и Антарктиды против часовой стрелки в их
современное положение по отношению к Африке и их слиянием с по-
следней и Южной Америкой в привычную конфигурацию Гондваны.
Эта концепция наталкивается на возражения [Piper, 2000], прежде всего
касающиеся времени сочленения Западной и Восточной Гондваны, ко-
торое оказывается более ранним, чем из нее следует, и близко совпадает
с временем отделения Австралии и Антарктиды от Северной Америки
(подробнее см. гл. 8).
Так или иначе, в позднем палеозое - раннем мезозое за счет нового
объединения сиалических массивов опять возникла Пангея (Пангея II или
III) - та самая, существование которой было впервые доказано А. Веге-
нером. Поздний мезозой и кайнозой явились временем распада вегене-
ровской Пангеи и становления современного плана разделения литос-
феры на крупные и малые плиты. Но современный стиль тектоники плит
установился еще раньше - в позднем протерозое. Таким образом, текто-
ника плит прошла в своей эволюции три фазы: архейскую (AR2 ) эм-
бриональной тектоники мелких плит, ранне- и (вероятно) среднепро-
терозойскую тектоники малых плит и, наконец, позднепротерозойско-
фанерозойскую полномасштабной тектоники плит. Соответствующие
изменения должен был претерпеть и конвективный режим мантии - от
хаотической через мелкоячейковую двухъярусную к одноячейковой об-
щемантийной в период существования и распада Пангеи.
Но периодическое становление и распад Пангеи, а также изменение
режима конвекции показывают, что на эту общую направленность раз-
204
Глава 13
вития Земли накладывается определенная цикличность. Эта крупная
цикличность - мегацикличность, имеет период порядка 500-600 млн.
лет. Поскольку распад Пангеи означает одновременно раскрытие вто-
ричных океанов - Атлантического, Индийского, Арктического, Среди-
земного и их предшественников, а возрождение единого материка - зак-
рытие этих океанов и соответственно расширение первичного Тихого
океана с его превращением в Панталассу, эти мегациклы можно отожде-
ствить с циклами, названными в честь канадского геофизика Дж. Т. Вил-
сона, впервые их установившего на примере повторного закрытия и рас-
крытия Атлантики [Хайн, 1992].
Становление Пангеи обязано, очевидно, усилению восходящего ман-
тийного потока в центре Тихого океана, который как бы разгоняет окру-
жающие его континенты и толкает их навстречу другу другу, и отмира-
нию подобных мантийных течений и связанных с ними осей спрединга
во вторичных океанах, что приводит к их “захлопыванию”. Это и озна-
чает переход от двух- или многоячейковой структуры мантийной кон-
векции к одноячейковой.
Причиной относительной недолговечности и неминуемого распада
суперконтинентов служит; по мнению многих исследователей (начиная,
по-видимому, с Д. Андерсона [Anderson, 1982]), накопление мантийного
тепла под их толстой и протяженной корой и литосферой. Оно порождает
сначала поднятие поверхности суперконтинента, затем его раскалыва-
ние континентальными рифтами, сопровождаемое активностью плюмов и
излияниями платобазальтов, далее переход рифтиига в спрединг с образо-
ванием “малых” океанских бассейнов красноморского типа, а позже и
настоящих океанов атлантического типа. Расчленение суперконтинента
многочисленными осями спрединга означает возврат к многоячейковой'
структуре мантийной конвекции и усиление выделения мантийного тепла
с охлаждением мантии в области бывшего суперконтинента. Соответствен-
но тепловой поток в Тихоокеанском полушарии Земли начинает домини-
ровать, что в конечном итоге приводит к повторению цикла Вилсона.
Палинспастические реконструкции двух последних Пангей, по па-
леомагнитным данным, показали, что “сборка” отдельных континентов
в единый суперконтинент и его обратная “разборка” проходили по сход-
ному плану и, следовательно, вполне закономерно [Le Pichon, Huchon,
1984; Piper, Grant, 1989].
Мегацикличность лежит в основе наиболее долгопериодических ко-
лебаний уровня Мирового океана и глобального климата. В частности, с
Направленность и цикличность в эволюции Земли
205
ней согласуется, как мы видели в главе 9, распределение во времени лед-
никовых периодов. Мегацикличность определяет вообще и крупномас-
штабные изменения климата на Земле, поскольку вызывает усиление
(в эпохи существования суперконтинента и низких уровней океана) цир-
куляции в Мировом океане или ее ослабление (в эпохи распада супер-
континента и высокого уровня океана).
В свою очередь, все эти изменения отражаются на разнообразии и
обилии органической жизни: эпохи распада суперконтинентов благопри-
ятствуют взрывам ее разнообразия, как в венде и раннем кембрии (см.
гл. 10). В эндогенной жизни Земли мегацикличность выражается в пери-
одическом повышении интенсивности гранитообразования и региональ-
ного метаморфизма, фиксируемом статистикой изотопных датировок
соответствующих пород. Согласно последней сводке Ю.Д. Пушкарева
[1989], пики на гистограммах таких датировок отвечают рубежам 2,5;
1,65; 1; 0,24 млрд, лет т.н. Словом, мегацикличность - важнейшее про-
явление ритма Земли [Nance et al., 1988].
Наряду с мегацикличностью в истории Земли происходили периоди-
ческие изменения и многих более высоких порядков. Следующую по
масштабу цикличность, порядка 150-200 млн. лет, автор назвал в честь
ее первооткрывателя, французского геолога М. Бертрана [Хайн, 1992].
Он установил ее в конце XIX в. по повторяемости в разрезе разновозра-
стных складчатых систем Западной Европы и Северной Америки одной
и той же последовательности осадочных формаций: сланцевой, флише-
вой, молассовой. Он выделил четыре цикла - гуронский, каледонский,
герцинский, альпийский. Из них в литературе фигурируют три после-
дних, дополненные, правда, еще одним циклом - киммерийским, про-
явившимся в мезозое; гуронский же цикл Н.С. Шатский заменил бай-
кальским (ассинтским у Г. Штилле).
Циклы Бертрана, как правило, приводят не к полному закрытию вто-
ричных океанов атлантического типа, а лишь к частичному превраще-
нию их периферических частей или отдельных сегментов в складчатые
(точнее складчато-покровные) горные сооружения. Так, в конце герцин-
ского цикла западная часть палеозойского Тетиса испытала интенсив-
ные тектонические деформации, метаморфизм и гранитизацию и пре-
вратилась в горную сушу вследствие столкновения Западной Гондваны
с Северной Америкой. В то же время в более восточной части Палеоте-
тиса этими процессами была затронута лишь его северная периферия.
Развитие Тетиса в целом, подобно развитию других океанов атлантиче-
206
Глава 13
ского типа отвечающее циклу Вилсона, включало несколько (три-пять)
циклов Бертрана. Палеоазиатский океан, разделявший Восточно-Евро-
пейский, Сибирский, Таримский и Китайско-Корейский континенты,
прежде чем окончательно замкнуться, пережил гренвильский, байкаль-
ский, каледонский, герцинский и киммерийский циклы Бертрана. В Ти-
хоокеанском полушарии Земли повторное проявление циклов Бертрана
затрагивало лишь периферию Тихого океана-Круготихоокеанский под-
вижный пояс, да и то каждый раз лишь частично.
Циклы Бертрана находят свое подтверждение в трансгрессивно-рег-
рессивной цикличности, в периодических изменениях интенсивности
островодужного вулканизма, гранитообразования и регионального ме-
таморфизма, выявленных на полуколичественной основе автором книги
и К.Б. Сеславинским [Хайн, Сеславинский, 1991].
Циклы Бертрана, в свою очередь, слагаются из серии циклов мень-
шей длительности. Их кульминации отмечены орогеническими фазами,
когда происходило усиление складчато-надвиговых деформаций. Эти
циклы опять-таки совпали с периодичностью изменения интенсивности
тектонических деформаций, островодужного вулканизма, гранитообра-
зования и регионального метаморфизма, установленной К.Б. Сеславин-
ским и автором книги (см. гл. 11). Они отвечают также циклам второго
порядка колебаний уровня Мирового океана на известной кривой
П. Вэйла [Vail et al., 1977].
Длительность этих циклов, которые предлагается назвать циклами
Штилле, определена нами в 40-45 млн. лет. Таким образом, цикл Берт-
рана должен включать четыре цикла Штилле. Эта пертодичность близка
к той, которая устанавливается для великих вымираний и обновлений
фауны (см. гл. 11), в свою очередь связанных, с одной стороны, с круп-
ными трансгрессиями и регрессиями, а с другой - с усилениями бомбар-
дировки Земли крупными метеоритами и (или) кометами (к последнему
совпадению мы обратимся в гл. 20).
Говоря об орогенических фазах Штилле, следует отметить, что наше
понимание значения этих фаз существенно отличается от первоначаль-
ной оценки его самим Г. Штилле. Мы признаем непрерывность проявле-
ния тектонических, в том числе складко- и надвигообразующих, движе-
ний и деформаций в течение всей истории Земли и под тектоническими
эпохами и фазами подразумеваем лишь интервалы времени, отвечаю-
щие заметному усилению их интенсивности и существенным перестрой-
кам структурного плана складчатых систем, а значит, и литосферных плит.
Направленность и цикличность в эволюции Земли 207
Длительность фаз может составлять первые миллионы лет, и их кульми-
нации могут не вполне совпадать даже в разных частях одного и того же
орогена; время их проявления в глобальном масштабе может быть опре-
делено лишь чисто статистически. Наконец, не обязательно повсемест-
ное проявление каждой из выделенных глобальных эпох и фаз; возмож-
ность и степень такого проявления зависят от региональной геодинами-
ческой обстановки.
Цикличность следующего порядка - 3-5 млн. лет - наиболее ярко
выражена в ярусности глобальной стратиграфической шкалы фанерозоя
и, несомненно, была неосознанной эмпирической основой при разра-
ботке этой шкалы. На уже упоминавшейся кривой Вэйла эвстатических
колебаний уровня океана данной цикличности соответствуют циклы тре-
тьего порядка.
Далее идет уровень периодичности, установленный М. Миланкови-
чем и успешно использованный им для объяснения чередования ледни-
ковых и межледниковых эпох (см. гл. 9). По современным данным [Berger
et al., 1989], это циклы длительностью 4001 и 100 тыс. лет для изменений
эксцентриситета земной орбиты, 41 тыс. лет — для изменений наклона
оси вращения Земли, 23 и 19 тыс. лет - для прецессий. Отражение этой
цикличности наблюдается также в изменениях литологии и мощности
внеледниковых отложений, в частности в изменениях содержания кар-
боната кальция и органического углерода. Было даже предложено счи-
тать цикл в 20 тыс. лет климатостратиграфической единицей измерения
и называть ее гилбертом [Dercourt et al., 1986].
Но наиболее ярко цикличность этих порядков - п-(104-105) лет - вы-
ражена в паралических угленосных толщах, где она, например в верх-
нем палеозое, напрямую отражает колебания уровня океана, связанные
с чередованием ледниковых и межледниковых эпох, а также в толщах
эвапоритов, где она тоже обусловлена крупными колебаниями климати-
ческих условий, а именно влажности.
Несомненно, существуют проявления периодичности еще более
высокого порядка, вплоть до годичной (сезонной) ритмичности ленточ-
ных глин. К ним относится, в частности, цикличность строения флише-
вых формаций, впервые выявленная Н.Б. Вассоевичем, а затем описан-
ная голландским ученым X. Боумой. Длительность накопления флише-
вых циклитов оценивается в 1-2 тыс. лет [Афанасьев, 1993]. Соот-
1400-тысячелетняя периодичность была выявлена уже после М. Миланковича.
208
Глава 13
ветственно циклы такого порядка можно было бы назвать циклами Вас-
соевича.
Еще более короткопериодическая цикличность была названа С.Л. Афа-
насьевым наноцикличностью. Он посвятил изучению цикличности гео-
логических процессов многие годы своей деятельности. С.Л. Афа-
насьев различает циклы следующей длительности: 452, 109, 88, 31,
9 лет, и приводит данные, подтверждающие существование этой цик-
личности. Эти данные включают климатические колебания, изменения
продолжительности суток, т.е. скорости вращения Земли, сейсмической
активности, солнечной активности, колебаний уровней океана и озер,
мощности озерных отложений и др. Добавим к этому, что наблюдения
последних десятилетий обнаружили также определенную периодичность
вулканических извержений, наземных и подводных. С.Л. Афанасьев по-
лагает; что в основе наноцикличности лежат воздействия Луны и Солн-
ца, периодичность затмений и прохождения Землей перигелия. Другие
исследователи указывают на существование корреляции с 11- и
22-летними циклами солнечной активности.
С.Л. Афанасьев [1978] насчитывает в общем 17 порядков циклов, из
которых отмеченным выше наноциклам соответствуют №14—17, а №17
отвечает годичной (сезонной) цикличности. Циклы первого порядка
имеют периодичность 4370 млн. лет и охватывают почти всю историю
Земли, до начала юрского периода. Циклы второго порядка, средней про-
должительностью 1456 млн. лет, соответствуют выделенным Г. Штилле,
В.В. Меннером и Н.А. Штрейсом, Дж. Саттоном, Ч.Б. Борукаевым круп-
ным этапам геологической истории Земли (протогей, дейтерогей, неогей
у Г. Штилле); их можно назвать гигациклами. Циклы третьего порядка
(класса по С.Л. Афанасьеву) - это и есть мегациклы Вилсона, охаракте-
ризованные выше.
Сейчас мы не будем рассматривать причины цикличности геологи-
ческих процессов, о них речь в главах 18, 20. Ограничимся предвари-
тельным замечанием, что в основе цикличности лежит резонанс между
глубинными процессами и внешними космическими воздействиями на
Землю. При этом в долгопериодических циклах на первый план высту-
пают внутренние, эндогенные факторы, а в короткопериодических - вне-
шние, космогенные.
Развитие Земли в целом определяется алгебраическим суммирова-
нием двух главных составляющих. Первая, монотонная компонента от-
ражает направленно-поступательную эволюцию Земли, обусловленную
Направленность и цикличность в эволюции Земли
209
ее охлаждением и потерей флюидов. Она выражается, с одной стороны,
в увеличении дифференцированности и сложности ее строения, а с дру-
гой - в снижении активности эндогенных процессов и соответственном
возрастании относительной роли процессов экзогенных, к которым от-
носятся и роль живого вещества, и деятельность человека в частности.
Вторая компонента является периодической и состоит из многопорядко-
вых колебаний интенсивности различных геологических процессов, от-
раженных в циклических изменениях геологической среды.
Первая компонента, вероятно, также связана с вековым уменьшени-
ем радиуса Земли, с ее сжатием, а вторая - с пульсацией ее объема.
Учет монотонной и периодической компонент геологического раз-
вития Земли имеет существенное методологическое значение. Необхо-
дима определенная осторожность в использовании столь важного прак-
тически для всех отраслей геологии метода актуализма. Во-первых, чем
дальше в геологическом времени отстоят изучаемые нами объекты и
процессы от современной эпохи, тем вероятнее их отличия от современ-
ных аналогов. Правда, эти изменения геологических процессов протека-
ли настолько медленно, что для последнего миллиарда лет их можно
практически игнорировать, но для более раннего времени, и особенно
начиная с границы протерозой/архей, их уже нельзя не принимать во
внимание.
Во-вторых, следует непременно учитывать, а это касается и фанеро-
зоя, цикличность изменений геологической среды и протекающих в ней
процессов. В частности, очень важно помнить, что мы живем в эпоху
значительных климатических контрастов, в ледниковом периоде, хотя и
во время межледниковья. Поэтому мы не можем проводить полную ана-
логию между современными процессами и процессами, протекавшими
в эпохи, когда климатическая зональность на Земле была менее резко
выраженной, ледниковые шапки отсутствовали, циркуляция в океанах
была не столь интенсивной и вообще обмен между океаном и атмосфе-
рой протекал существенно по-иному [Nance et al., 1988]. Как показал
недавно В.П. Петров [1991], только в условиях таких эпох на континен-
тах могли формироваться мощные коры выветривания, которые в насто-
ящее время не образуются.
Вместе с тем следует предупредить исследователей, что пренебре-
жение методом актуализма может привести к еще большим ошибкам,,
чем его абсолютизация и некритическое применение. Приступая к изу-
чению того или иного явления геологического прошлого, мы должны
210
Глава 13
прежде всего искать его современные аналоги и, лишь убедившись в су-
ществовании определенных отличий, не объяснимых аналогиями с со-
временными процессами, пытаться обнаружить причины таких отличий.
Характерный пример действенности метода актуализма, даже в от-
ношении весьма отдаленного геологического прошлого, дает нам исто-
рия применения концепции тектоники плит в отношении докембрия. Еще
недавно большинство геологов были убеждены, что тектоника плит “за-
работала” на Земле лишь около 1 млрд, лет назад, в позднем протерозое.
Потом этот рубеж был отодвинут до границы протерозой/архей, а в на-
стоящее время развитие коры и литосферы даже в глубоком архее очень
многими рассматривается, и отнюдь не безуспешно, с позиций тектони-
ки плит, хотя и отмечаются некоторые специфические особенности ее
проявления (см., например, интереснейшую статью южноафриканских
геологов в журнале “Nature” [De Wit et al., 1992]). У нас аналогичную
позицию уже давно отстаивает Ч.Б. Борукаев [1990].
Проблема, поднятая в данной главе, продолжала специально интере-
совать автора и после ее написания. В связи с этим ей была посвящена
статья автора в журнале “Геотектоника” [Хайн, 2000], в сборнике “Фун-
даментальные проблемы общей тектоники” и глава в книге, опублико-
ванной в соавторстве с Л.И. Лобковским и А.М. Никишиным [Лобков-
ский и др., в печати]. В этих публикациях были рассмотрены лишь наи-
более крупные циклы Вилсона, Бертрана и Штилле, и была сделана по-
пытка увязать их проявление с процессами конвекции на разных уров-
нях мантии. Было высказано предположение, что циклы Вилсона обяза-
ны общемантийной конвекции, временами сменяющейся двухъярусной
- раздельно в нижней и верхней мантии; циклы Бертрана объясняются
конвекцией в верхах нижней мантии, а циклы Штилле - в астеносфере.
К рассмотренной проблеме непосредственное отношение имеет и
работа Е.Е. Милановского [1996], в которой показана сопряженность
орогенических фаз, фаз рифтинга, колебаний уровня океана, инверсий
геомагнитного поля. Все эти изменения объясняются, по мнению Е.Е. Ми-
лановского, пульсациями объема Земли. Представление о таких пульса-
циях б^дет рассмотрено ниже, в главе 18.
В работах Н.Л. Добрецова [1997] и других особенно подчеркнуто
значение цикличности порядка 30 млн. лет, отвечающей циклам Штилле
автора. Ее Н.Л. Добрецов считает главной и обосновывает, в частности,
распределением во времени офиолитов и метаморфитов низкой темпе-
ратуры - высоких давлений.
Направленность и цикличность в эволюции Земли 211
В зарубежной литературе последних лет главное внимание уделя-
лось суперконтинентальным циклам, т.е. циклам Вилсона. В этих рабо-
тах [Sheridan, 1997; Valzer, Hendel, 1997] так же предприняты попытки
коррелировать с этими циклами (и циклами меньшей длительности)
ряд других феноменов, включая колебания уровня океана, частоту ин-
версий геомагнитного поля, образование различных видов полезных ис-
копаемых - металлических и осадочных, изменения в составе органи-
ческого мира.
Особый интерес исследователей вызвала связь с эпохами распада
суперконтинентов образования крупных дайковых роев и полей излия-
ний платобазальтов - траппов, получивших в англоязычной литературе
обозначение LIP - Large Igneous Provinces [Yale, Carpenter, 1998; Condie,
1998]. Такая связь обнаруживается начиная с раннего протерозоя (рас-
пад эпиархейского суперконтинента Пангея О) и особенно наглядно про-
явилась в период распада последней Пангеи. Так, раскрытию Централь-
ной Атлантики предшествовало дайкообразование по обе ее стороны в
начале юры (200-180 млн. лет т.н.), раскрытию Южного океана - обра-
зование траппов Дракенсберг в Южной Африке и Феррар в Антарктиде,
Южной Атлантики - раннемеловых траппов Параны в Южной Америке
и Этендека в Южной Африке, западной части Индийского океана - по-
зднемеловых базальтов восточного Мадагаскара, Аравийского моря -
траппов Декана на границе мела и палеогена, Северной Атлантики - ран-
непалеогеновых базальтов Брито-Арктической провинции. Имеются,
правда, и видимые исключения - крупнейшая пермо-триасовая Тунгус-
ская трапповая провинция в Сибири с продолжением под чехлом Запад-
но-Сибирской плиты, но ее образование было связано с возникновением
на севере Западной Сибири “Обского палеоокеана” [Аплонов, 1987], вер-
нее бассейна красноморского типа.
Исследователи, анализировавшие связь LIP с новообразованием оке-
анов [Yale, Carpenter, 1998; Anderson, 1994; Courtillot et al., 1999; Dalziel
et al., 2000], несколько по-разному трактуют ее механизм. Две крайние
точки зрения таковы: 1 - в основании суперконтинента вследствие ма-
лой теплопроводности мощной континентальной литосферы происхо-
дит разогрев астеносферы и при возникновении в суперконтиненте раз-
ломов декомпрессия вдоль них приводит к магмообразованию и подъе-
му магмы к поверхности [Anderson, 1994, 2000]; 2 - первопричиной
образования и последующего распада суперконтинента является подъем
с мантийных глубин, вплоть до границы ядра, мощного плюма [Dalziel
212
Глава 13
et al., 2000]. По мнению автора данной книги, к которому близки и взгля-
ды [Courtillot et al., 1999], более вероятен следующий сценарий: в осно-
вании суперконтинента действительно происходит разогрев астеносфе-
ры, приводящий к подъему поверхности суперконтинента, его раскалы-
ванию, образованию рифтов, которые могут служить каналами для
подъема магмы из растекающейся в основании литосферы вершины плю-
ма. Зарождение плюма под центром суперконтинента может явиться след-
ствием, по идее А.М. Никишина, образования по периферии суперкон-
тинента уходящих под него зон субдукции.
Проблема суперконтинентальных циклов вновь только что рассмот-
рена по-новому в работе Н.А. Божко и Ю.В. Баркина, опубликованной
пока лишь в тезисной форме [Божко, Баркин, 2002]. Эти авторы опре-
деляют длительность таких циклов в 395 (400) млн. лет и выделяют
в них собственно период существования суперконтинента продолжит-
ельностью в 160 млн. лет и промежуточные периоды, составляющие
237 млн. лет.
В рамках первых периодов различаются эпохи агломерации с преоб-
ладанием суши, эпиконтинентальными морями, низким уровнем моря,
анорогенным магматизмом, холодным климатом, и эпохи распада супер-
континента (70 млн. лет) с проявлением континентального рифтогенеза,
образованием расслоенных интрузий, уменьшением площади суши, по-
теплением климата. Первая половина межсуперконтинентальных пери-
одов характеризуется, согласно авторам, быстрым спредингом, его пре-
обладанием над субдукцией, а вторая половина, напротив - замедлен-
ным спредингом и более активной субдукцией. В эти периоды
наблюдается ускоренный рост коры на фоне общемантийной конвекции
и активного действия плюмов, а во время существования суперконти-
нентов - проявлением двухслойной конвекции и в целом преобладанием
тектоники плит, а в промежуточные периоды - плюм-тектоники.
Конкретно в истории Земли Н.А. Божко выделяет 11 суперконтинен-
тальных циклов начиная с 4190 млн. лет т.н., но оговаривается, что в
известной геологической летописи могут быть установлены лишь 8 из
них, с кульминациями на рубежах 3005, 2610, 2215, 1800, 1415^ 1020,
625 и 230 млн. лет т.н. (легко видеть, что почти все эти рубежи совпада-
ют с признаваемыми и другими исследователями). Указывается также,
что от цикла к циклу, в соответствии с более ранними представлениями
Н.А. Божко, происходит инверсия тенденций развития, центростреми-
тельных и центробежных, северного и южного полушарий Земли. Ука-
. 4..
Направленность и цикличность в эволюции Земли 213
зано также на корреляцию межсуперконтинентальных периодов с галак-
тическим годом.
Физическое объяснение намеченным эмпирическим закономерно-
стям предложено вторым автором данной работы - Ю.В. Баркиным.
Поскольку, по мысли этого автора, оно является универсальным для всех
планет и их спутников, мы привели его в главе 20.
В связи со сказанным выше следует остановиться на одном общем
методологическом вопросе. В данной главе речь шла о двух основных
закономерностях, определяющих эволюцию Земли - направленности и
цикличности, которые могли бы быть изображены в виде прямой линии
- “стрелы времени”, по И. Пригожину, и синусоиды. Но существует и
третья закономерность, о чем автору уже приходилось упоминать в дру-
гой работе [Хайн, 1964], а именно: неравномерность развития, которую
в настоящее время уместно обозначить более строгим термином - нели-
нейность. Проявлению нелинейности в тектонических процессах в пос-
ледние годы посвятил ряд работ Ю.М. Пущаровский [1999] и другие, о
нелинейности применительно к металлогении писал А.Д. Щеглов, к гео-
физике - О.Л. Кузнецов. Действительно, нелинейность имеет важное
значение и ее нельзя игнорировать: практически все геологические про-
цессы нелинейны, и это объясняется тем, что на их протекание одновре-
менно воздействуют многие разнонаправленные факторы. Результатом
является, в частности, неравномерность и диахронность проявления оро-
генических фаз, о чем шла речь выше, а также развития таких крупных
структур, как орогены и целые океаны.
Необходимо, однако, отдавать себе отчет в том, что в иерархии зако-
номерностей эволюции Земли нелинейность занимает третье место, а
первое принадлежит направленности, второе - цикличности. Нелиней-
ность лишь осложняет и затушевывает эти закономерности, но отнюдь
их не отменяет и не подменяет.
Возвращаясь к цикличности, отметим, что значительный интерес
представляют результаты исследования цикличности, выявленной в раз-
резе карбонатных шельфовых отложений сеноман-турона бассейна Тар-
файя-Лааюн в Марокко международной группой ученых [Kuhnt et al.,
2001]. На основе изучения распределёния содержания органического
углерода в пелагических карбонатах им удалось выявить в этих отложе-
ниях цикличность четырех порядков. Наиболее крупные циклы отвеча-
ют циклам третьего порядка известной шкалы Вэйла. Три более корот-
копериодических цикла соответствуют циклам Миланковича продолжи-
214
Глава 13
Плотность, С орг, Кислородный индекс Бентос
г / см з % мг СО / г С орг %
85,5
б
Рис. 34. Цикличность среднемеловых отложений
Марокко [Kuhnt et al., 2001]
а - циклостратиграфия и глобальная позднесено-
манская 513С экскурсия в разведочной скважине S75 в
бассейне Тарфайя-Лааюн. Пронумерованные циклы
отвечают циклам длительностью 39 тыс. лет, связан-
ным с изменениями наклона оси вращения Земли;
б - циклы изменений общего содержания органичес-
кого углерода длительностью 3-4 тыс. лет, связанные с
изменениями наклона земной оси (поздний сеноман,
скважина S75), и миллиметровая-сантиметровая (де-
кадная) цикличность в тонкополосчатом черном аргил-
лите
88
86
86,5
87
87,
20%
Направленность и цикличность в эволюции Земли
215
тельностью 100, 39 и 19 тыс. лет. Из них цикличность с периодом
39 тыс. лет; обязанная, по М. Миланковичу, изменению наклона оси вра-
щения Земли, выражена наиболее отчетливо. Но помимо этого обнару-
жена еще более короткопериодическая цикличность, проявленная в че-
редовании тонких, миллиметровых светлых и темных прослоев. Это из-
менение цвета осадков в основном обязано изменению содержания
органического вещества и, во вторую очередь, карбоната кальция; кроме
того, авторы изучали распределение таких элементов, как Si, Са, Fe, Ti и
Мп с помощью рентгеновской флюороспектрометрии. Эта цикличность,
по их расчетам, может соответствовать цикличности образования сол-
нечных пятен, имеющей длительность декадного порядка. И, наконец,
чередование прослоев сантиметровой и метровой толщины дало осно-
вание подозревать еще проявление цикличности с периодом в сотни -
тысячи лет, но, по словам авторов, их установление требует более тон-
ких и детальных методов исследования. То обстоятельство, что в одном
разрезе, правда, по данным изучения керна более чем 80 скважин, уда-
лось установить в отложениях с возрастом 100-90 млн. лет проявление
цикличности по меньшей мере пяти порядков (рис. 34), представляет,
несомненно, выдающийся интерес.
ЛИТЕРАТУРА
Аплонов С.В. Геодинамика раннемезозойского Обского палеоокеана. М.:
Ин-т океанологии, 1987. 97 с.
Афанасьев С.Л. Классификация циклов геологических процессов И Ма-
тематические методы в геологии и горном деле. М.: 1978. С. 133-171
(Тр. ВЗПИ, №112)
Афанасьев С.Л. Флишевая формация: закономерности строения и усло-
вия образования. М.: A/О “Росвуэнаука”, 1993. 360 с.
Божко Н.А., Баркин Ю.В. Суперконтинентальная цикличность и ее воз-
можные механизмы И Ломоносовские чтения 2002 года. М.: МГУ,
2002. С. 4-6
Борукаев ЧБ. Структуры докембрия и тектоника плит. Новосибирск:
Наука, 1990. 190 с.
Добрецов Н.Л. Мантийные суперплюмы как причина главной геологи-
ческой периодичности и глобальных перестроек//Докл. РАН. 1997.
Т. 357. №6. С. 777-780
Милановский Е.Е. О корреляции фаз учащения инверсий геомагнитного
поля понижений уровня Мирового океана и фаз усиления деформа-
216
Глава 13
ций сжатия земной коры в мезозое и кайнозое И Геотектоника. 1996.
№1.С. 3-11
Петров В.П. Древние мощные коры выветривания и их природа И Изв.
АН СССР. Сер. геол. 1991. № 1. С.96-111
Пронин А.А. Каледонский цикл тектонической истории Земли. М.: На-
ука, 1969.231 с.
Пушкарев Ю.Л. Мегациклы в эволюции системы кора-мантия. Л.: На-
ука, 1989. 200 с.
Пущаровский Ю.М. Линейность и полинейность в геологии // Геотекто-
ника. 1999. № 3. С. 42-49
Хайн В.Е. Направленность, цикличность и неравномерность развития
земной коры // Мат-лы II Всесоюз. совещ. по проблемам тектоники.
М. 1964. С. 13-28
Хайн В.Е. Циклы Бертрана и циклы Вилсона И Докл. РАН. 1992. Т. 325.
С. 557-559
Хайн В.Е. Крупномасштабная цикличность в тектонической истории
Земли и ее возможные причины И Геотектоника. 2000. № 6. С. 13-
14
Хайн В.Е., Сеславинский К.Б. Историческая геотектоника: Палеозой. М.:
Недра, 1991. 398 с.
Abbott D.H., Drury R. The effects of changes in subduction style over Earth
history. 1. The buoyant to steep transition. 2. The unsubductable to buoyant
transition // Geology. 1994. Vol. 22. P. 937-940
Abbott D.H., Hoffman S.E. Archean plate tectonics revisited. 1. Heat flow,
spreading rate, and the age of the subducting lithosphere, and their effects
on the origin and evolution of continents // Tectonics. 1984. Vol. 3.
P. 420-448
Anderson D.L. Hot spots, polar wander, Mesozoic convection and the geoid
//Nature. 1982. Vol. 297. P. 391-393
Anderson D.L. Superplumes or supercontinents? // Geology. 1994. Vol. 22.
P. 39-42
Anderson D.L. The termal state of the upper mantle: no role for mantle plumes
// Geophys. Res. Lett. 2000. Vol. 27. N 22. P. 3623-3626
Berger A., Loutre M.F., Dehant V. Pre-Quatemaiy Milankovich frequencies
//Nature. 1989. Vol. 342. N 6246. P. 133
Condie K.C. Geochemical changes in basalts and andesites across the Archean-
Proterozoic boundary: Identification and significance I I Lithos. 1989.
Vol. 23.N1/2.P. 1-18
Направленность и цикличность в эволюции Земли 217
Condie К.С. Episodic continental growth and supercontinents: a mantal
avalanche connection // Earth Planet. Sci.' Lett. 1998. Vol. 163. P. 97-108
Courtillot V., Jaupart C., Manighetti J. et al. On causal links between flood
basalts and continental breakup // Earth Planet. Sci. Lett. 1999. Vol. 166.
P. 177-195
Dalziel I. W.D. Pacific margins of Laurentia and East Antarctica-Australia as a
conjugate rift pair: Evidence and implications for an Eocambrian
supercontinent // Geology. 1991. Vol. 19. P. 598-601
Dalziel I.W.D., Lawyer L.A., Murphy J.B. Plumes, orogenesis, and
supercontinental fragmentation // Earth Planet. Sci. Lett. 2000. Vol. 178.
N1-2.P. 1-11
Dercourt J., Foucault A., Renard M. Liaison entre les phenomene globaux,
les chagements du milieu et les crises du monde vivant // Bull. Centre
Explor.-Prod. Elf-Aquitaine. 1986. Vol. 10.N 2. P. 285-311
De Witt M.J., Roering C., Hart R.J. et al. Formation of an Archean continent
//Nature. 1992. Vol. 357. P. 553-562
Durrheim R.J., Mooney W.D. Archean and Proterozoic crustal evolution:
Evidence from crustal seismology // Geology. 1991. Vol. 19. N 6. P. 606-
609
Hoffman PF. Did the breakout of Laurentia turn Gondwanaland upside down?
// Science. 1991. Vol. 252. P. 1409-1412
Kuhnt, W., Chellai, E.H., Holbourn, A. et al. Morocco basin’s sedimentary
record may provide correlations for Cretaceous paleoceanographic events
worldwide. EOS Trans., Amer. Geophys. Union. 2001. Vol. 82. N 33.
P. 361-364
Kumazawa M., Yoshida S., Ito T, Yoshioka H. Arhean-Proterozoic boundary
interpreted as a catastrophic collapse of the stable density stratification in
the core I I J. Geol. Soc. Japan. 1994. Vol. 100. N 1. P. 50-59
Le PichonX., Huchon Ph. Geoid, Pangea and convection // Earth Planet. Sci.
Lett. 1984. Vol. 67. N 1. P. 123-135
Martin A.K. Plate reorganizations around Southern Africa, hotspots and
extinctions И Tectonophys. 1987. Vol. 142. N 2/4. P. 309-316
Martin H. Effect of steeper Archean geothermal gradient on geochemistry
and subduction zone magmas // Geology. 1986. Vol. 14. N 9. P. 753-756
Moores E.M. The southwest US - East Antarctic (SWEAT) connection:
A hypothesis // Geology. 1991. Vol. 19. P. 425-428
Nance R.D., Worsley T.R., Moody J.B. The supercontinent cycle // Sci. Amer.
1988. Vol. 259. P. 44-51
218
Глава 13
Piper J.D.A. The Neoproterozoic supercontinent: Rodinia or Palaeopangaea?
// Earth Planet. Sci. Lett. 2000. Vol. 176. P. 131-146
Piper J.D.A., Grant S. A paleomagnetic test of the axial dipole assumption
and implications for continental distribution through geological time //
Phys. Earth Planet. Inter. 1989. Vol. 55. P. 37-53
Rainbird R.H., Stem R.A., Khudoley A.K. et al. U-Pb geochronology of Riphean
sandstones and gabbro from southern Siberia and its bearing on the
Laurentia-Siberia connection // Earth Planet. Sci. Lett. 1998. Vol. 164.
P. 409-420
SengdrA.M.C. Timing of orogenic events: A persistant geological controversy
// Controversies in modem geology. N.-Y.: Acad. Press, 1991. P. 405-473
Sheridan R.E. Pulsation tectonics as a control the dispersal and assembly of
supercontinents // J. Geodyn. 1997. N 3/4. P. 173-196
Vail PR., Mitchum JR., Todd R.G. et al. Seismic stratigraphy and global
changes of sea level // Amer. Assoc. Petrol. Geol. Mem. 1977. Vol. 26.
P. 49-212
Valzer U., Hendel R. Tectonic episodicity and convective feedback mechanism
// Earth Planet. Sci. Lett. 1997. Vol. 100. P. 167-188
Yale L., Carpenter S.J. Large igneous provinces and great dike swarms: proxies
for supercontinent cyclicity and mantle convection // Earth Planet. Sci.
Lett. 1998. Vol. 163. P. 109-122
Глава 14
ФРАКТАЛЬНОСТЬ
ЗЕМНОЙ КОРЫ И ЛИТОСФЕРЫ.
ЛИНЕАМЕНТЫ И ГЛОБАЛЬНАЯ
РЕГМАТИЧЕСКАЯ СЕТЬ.
СУЩЕСТВУЕТ ЛИ УПОРЯДОЧЕННОСТЬ
В СТРУКТУРНОМ ПЛАНЕ ЗЕМЛИ?
Уже на самой ранней стадии возникновения научной геологии стало
очевидным, что в земной коре распространены две основные формы тек-
тонических нарушений в залеганий слоев: складчатые (пликативные) и
разрывные (дизъюнктивные). К ним много позднее Г. Штилле, Ю.А. Ко-
сыгин1 добавили третий тип таких нарушений - инъективный. Однако
на протяжении очень долгого времени внимание геологов было прико-
вано к изучению складчатых дислокаций, и выяснение механизма их об-
разования рассматривалось (или, во всяком случае, подразумевалось) в
качестве основной задачи тектоники и даже теоретической геологии во-
обще. И это несмотря на то, что в некоторых значительных региональ-
ных работах, в частности русских ученых по европейской части России
(А.П. Карпинский), Кавказу (Н.И. Андрусов), Средней Азии (В.А. Нико-
лаев, В.Н. Огнев), Сибири (В.А. Обручев), австрийца Э. Зюсса и др.,
описывались крупные разломы, играющие очень важную роль в строе-
нии соответствующих регионов. Не меньшее значение ймело выделение
крупных грабенов-рифтов - Рейнского, Красноморского, Восточно-Аф-
риканских - в работах Э. Зюсса и англичанина Дж. Грегори.
1 До этого М.М. Тетяев, а за ним В.В Белоусов стали говорить о “магматических движениях”,
по существу имея в виду одну из разновидностей инъективного тектогенеза.
220
Глава 14
Тем не менее первый заметный вклад в должную оценку региональ-
ных дизьюнктивов внесли работы американского геолога У. Хоббса
(1904-1912 гг.), введшего в литературу понятие “линеамент”. При всей
его недостаточной определенности, ибо под линеаментом У. Хоббс по-
нимал подчиненность некоему единому и протяженному направлению
почти любых черт структуры и рельефа и сам же подчеркивал, что лине-
амент не означает ничего иного, как в общем прямолинейную форму зем-
ной поверхности, термин этот, несомненно, подразумевал существова-
ние в земной коре линейных зон, физические (механические) особенно-
сти которых и обусловливают соответствующую морфоструктурную
“линеаризацию”. По этому поводу сам У. Хоббс писал, что линеамент
“в любом случае - это выражение погребенной особенности на поверх-
ности”1.
Хотя термин У. Хоббса получил некоторое распространение, заклю-
ченный в нем достаточно глубокий смысл не мог быть своевременно
раскрыт до начала геологических исследований из космоса, поэтому к
его оценке мы вернемся ниже.
Тем временем уже в 30-40-е годы нашего столетия русские и запад-
ноевропейские геологи открыли новый этап в познании разломной тек-
тоники земной коры - возникло учение о глубинных разломах (А.В. Пей-
ве, Г. Клоос) и о регматической сети (Р. Зондер, Н.С. Шатский).
На материале изучения Урала и Тянь-Шаня А.В. Пейве [1945] выде-
лил и охарактеризовал глубинные разломы как совершенно особый и
очень важный тип тектонических разрывов, отличающийся тремя глав-
ными признаками: большой протяженностью, большой глубиной зало-
жения и значительной длительностью развития.
Созданное А.В. Пейве учение о глубинных разломах нашло особен-
но благодатную почву для своего развития в нашей стране, поскольку
подвело важную основу под господствовавшую у нас в то время фикси-
стскую парадигму. Важным элементом этой парадигмы стало представ-
ление о блоковом (глыбовом) строении земной коры, поскольку глубин-
ные разломы могли рассматриваться как естественные ограничения та-
ких блоков, а повторные подвижки по этим разломам как не менее
естественная причина различия в их строении, возрасте, составе, мощ-
1 В другом определении У. Хоббс говорит, что линеаменты есть “примечательные
линии ландшафта, которые отражают скрытую архитектуру пород кристаллическо-
го фундамента”.
Фрактальность земной коры и литосферы...
221
ности осадков и вулканитов, распространении интрузивных магматитов,
степени метаморфизма, интенсивности и типе тектонических деформа-
ций. И хотя сам А.В. Пейве [Пейве и др., 1963] уже вскоре стал подчер-
кивать, что вдоль глубинных разломов происходят не только вертикаль-
ные, но и весьма существенные горизонтальные, в частности сдвиговые,
перемещения, глубинные разломы продолжали рассматриваться как вер-
тикальные разломы с преимущественно, если не исключительно, верти-
кальными же движениями по ним.
Такой интерпретации в немалой степени способствовало широкое
применение у нас и в странах Восточной Европы метода глубинного сей-
смического зондирования земной коры (ГСЗ). Этот метод, предложен-
ный Г.А. Гамбурцевым на основе используемого в нефтяной геологии
корреляционного метода преломленных волн (КМПВ) и особенно ши-
роко внедренный украинскими геофизиками (В.Б. Соллогуб, А.В. Чеку-
нов), по самому своему принципу не позволяет выявлять наклонные, осо-
бенно пологонаклонные, тектонические дизьюнктивы, и поэтому повсе-
местно рисуется картина блокового расчленения земной коры верти-
кальными разломами. И только переход на другой метод исследования -
отраженных волн - дает возможность “увидеть” поверхности пологих над-
вигов и шарьяжей, столь характерных для складчатых сооружений.
Сравнение результатов применения этих двух методов и различий в
интерпретации полученных данных хорошо видно на примере сейсми-
ческих профилей через Средний Урал - более ранних [Дружинин и др.,
1976] и более современных [Соколов, 1992].
И тем не менее “геоблоковая”, как ее обозначил Л.И. Красный [1984],
модель строения земной коры и литосферы в целом не утратила своего
значения (мы к ней еще вернемся). Наиболее наглядное проявление бло-
ковое строение находит при тектоническом районировании древних кри-
сталлических щитов, таких, как Балтийский, Украинский, Алданский,
Канадский. Правда, в пределах этих щитов новейшие сейсмические ис-
следования показывают, что границы между традиционно выделяемыми
блоками в действительности представляют собой не вертикальные раз-
ломы, а надвиги или поддвиги, как показал, в частности, профиль BABEL
через Балтийский щит [BABEL..., 1990]. Если же это вертикальные раз-
ломы, они обычно имеют сдвиговую природу. Пример -Ботническо-Ла-
дожская зона того же Балтийского щита.
Швейцарскому геологу Р. Зондеру [Sonder, 1956] принадлежит за-
слуга введения понятия о закономерно рассекающей всю земную кору
222
Глава 14
сети разломов, которую он назвал регматической сетью (от греч. реура-
рана). Это предложение было развито Н.С. Шатским. Он установил су-
ществование двух основных систем разломов, закономерно ориентиро-
ванных по отношению к земным координатам и соответственно назван-
ных ортогональной (вдоль широт и меридианов) и диагональной. В даль-
нейшем вокруг числа самостоятельных регматических систем разгорелась
дискуссия: одни выделяли четыре (как Н.С. Шатский), другие - восемь
(как американцы Дж. Муди и М. Хилл [Moody, Hill, 1956]), но в общем,
видимо, возобладало мнение о достаточности выделения шести таких
систем. Соответственно угол между отдельными входящими в них раз-
ломами должен составлять 15° [Гарбар, 1987].
Если у Р. Зондера и Н.С. Шатского речь шла, по существу, о мегарег-
матической сети, о сети глобальных параклаз, то введение дополнитель-
ного понятия о планетарной трещиноватости [Шульц, 1973] добавило в
эту проблему микроизмерение. Выяснилось, что все горные породы не-
зависимо от происхождения, возраста и местоположения разбиты гус-
той сетью трещин (диаклаз), которая так же повсеместно обнаруживает
закономерную ориентировку по отношению к оси вращения Земли.
Появление в 60-е годы тектоники плит и быстрое завоевание ею по-
ложения господствующей парадигмы в геотектонике и теоретической
геологии вообще резко отодвинули на задний план проблему глубинных
разломов, линеаментов и регмагенеза и в глазах большинства исследо-
вателей практически лишили ее серьезного значения.
Однако достаточно скоро, уже в 70-е годы, наступил новый поворот
событий. Его обусловило начало съемок поверхности Земли из космоса.
На космоснимках, полученных с отечественных и американских искус-
ственных спутников Земли, отчетливо выступили системы повсеместно
распространенных трещин и разломов и те самые таинственные линеа-
менты, которые впервые подметил У. Хоббс еще в начале нашего века.
Таким образом, игнорировать факт существования в природе регма-
тической сети не удалось. К тому же подобные системы разломов и
трещин были обнаружены и на других планетах земной группы, и на
ледяных спутниках внешних планет, например на Ганимеде - спутнике
Юпитера.
Все это заставило включить в повестку дня не только объяснение
происхождения регматической сети как таковой, но и проблему увязки
этой, казалось бы, стационарно ориентированной по отношению к со-
временной фигуре Земли сети с непрерывно движущимся в системе зем-
Фракталъностъ земной коры и литосферы... 223
ных координат и испытывающим при этом повороты и вращения ан-
самблем литосферных плит.
Поскольку регматическая сеть столь жестко привязана к современ-
ной фигуре вращения Земли, с самого начала возникло логичное пред-
положение, наиболее последовательно развитое украинским геодези-
стом М.В. Стовасом [1961], что эта сеть разломов и трещин обусловлена
перестройками фигуры Земли, связанными с изменениями скорости ее
осевого вращения (такие изменения, хотя и очень небольшие, реально
наблюдаются и в современную эпоху). Естественно думать, что ускоре-
ние вращения вызывает увеличение шарообразности Земли, а замедле-
ние - ее эллипсоидальное™, тем самым порождая напряжения, которые,
по мнению сторонников данной гипотезы, известной как ротационная,
достигают максимальных величин на широтах (30-45°), получивших на-
звание критических.
Концепция М.В. Стоваса не является, однако, единственным вари-
антом ротационной гипотезы. Его коллега геофизик К.Ф. Тяпкин [1986]
выдвинул несколько иную ее версию. Согласно мнению К.Ф. Тяпкина,
причиной перестроек фигуры вращения Земли служат изменения в ори-
ентировке оси этого вращения вследствие изменений в положении кон-
тинентов на поверхности Земли.
Так или иначе, долгое время казалось, в том числе автору этих строк,
что истолкование регматической сети мыслимо лишь в рамках рота-
ционной гипотезы. Однако недавно норильский геолог и геофизик
О.В. Петров [1992] выдвинул принципиально совершенно новую кон-
цепцию, причем исходным материалом для нее послужили не собствен-
но структурные, а скорее морфоструктурные (структурно-геоморфоло-
гические) данные.
О.В. Петров, имея перед собой совершенно конкретную практиче-
скую задачу - найти в Норильском районе новые залежи медно-никеле-
вых сульфидных руд, предпринял детальный морфоструктурный анализ
этого района, основываясь первоначально на методике^ разработанной
саратовским ученым В.П. Философовым [1975]. Он выявил закономер-
ную полигонально-блоковую организацию местного рельефа. Перейдя
на следующие иерархические уровни, О.В. Петров установил подобную
же картину для морфоструктуры всего северо-запада Сибирской плат-
формы, а затем и для всех континентов и земного шара в целом. В поис-
ках возможных причин, порождающих такую фрактальность структуры
и рельефа, О.В. Петров обратился к физическому явлению, которое до
224
Глава 14
того не привлекало внимания исследователей твердой Земли, - явлению
так называемых внутренних гравитационных волн. Оно возникает на
границе двух сред с различными реологическими свойствами. Подоб-
ные волны образуются на границе океана и атмосферы или в стратифи-
цированной водной толще, но не описывались для твердой Земли, не-
смотря на то что и в ее недрах имеются фазовые разделы, на которых
проявление таких волн возможно, если не неизбежной О.В. Петров ло-
гично посчитал, что, чем крупнее установленные им неоднородности,
тем глубже должна находиться поверхность раздела, на которой действу-
ют порождающие их внутренние гравитационные волны, вплоть до гра-
ницы мантии и ядра.
Идеи О.В. Петрова встретили поддержку у физиков, но, насколько
мне известно, пока достаточно сдержанное отношение со стороны гео-
физиков и геологов1. По существу, речь должна идти не о том, реально
ли возникновение внутренних гравитационных волн в толще земных
недр, а о том, достаточен ли масштаб их проявления для создания той
картины фрактальности твердых земных оболочек, в первую очередь
литосферы, которая выявляется структурным и морфоструктурным ана-
лизом.
Что касается фрактальности (блоковости) вообще, то к выводу о ее
проявлении и большом значении в структуре коры независимо пришли
сейсмологи М.А. Садовский и др. [1978], для которых эта ее особен-
ность представляет первостепенный интерес.
Теперь о другой стороне проблемы - об увязке устойчивости регма-
тической сети и ее ориентировки по отношению к фигуре вращения Земли
с дрейфом материков и вообще кинематикой литосферных плит. Реше-
ние этой проблемы было предложено русскими учеными В.С. Буртма-
ном [1978] и В.А. Бушем [1983]. Оба они независимо пришли к выво-
ду, что существование регматической сети, закономерно ориентиро-
ванной по отношению к оси вращения Земли, не противоречит представ-
лениям о горизонтальной подвижности литосферных плит, включая их
вращение. Однако конкретное истолкование соотношений между регма-
тизмом и мобилизмом у В.С. Буртмана и В.А. Буша существеннр разли-
чается.
В.С. Буртман допускает наличие трех сопряженных систем разло-
мов - ортогональной и двух диагональных, - что, как указывалось выше,
1 Сходные мысли недавно высказаны А.В. Поздняковым [1992]
Фронтальность земной коры и литосферы...
225
наиболее вероятно. В.А. Буш выделяет линеаменты двух порядков -
глобальные и трансконтинентальные - только двух систем (подобно
Н.С. Шатскому) - ортогональной и диагональной. Исходя из представ-
ления о трех системах, В.С. Буртман принимает, что угол между смеж-
ными разломами разных систем должен составлять 15°. В этом случае,
по его мнению, при изменении положения данной литосферной плиты
относительно оси вращения Земли и при продолжении воздействия ро-
тационного фактора обновление старых разломов энергетически выгод-
нее, чем заложение новых разломов по новым направлениям. Но отсюда
следует, что разломы, принадлежавшие прежде ортогональной системе,
могут становиться элементами одной из диагональных систем и т.п.
В качестве примера можно привести разломы, ограничивающие Днеп-
ровско-Донецкий рифт, которые в современной структуре относятся к
диагональной западо-северо-западной-восток-юго-восточной системе, а
на палинспастических реконструкциях среднего палеозоя - к широтной,
т.е. ортогональной. Другим следствием переориентировки может служить
изменение характера и знака смещения вдоль разлома - смена сбросово-
го смещения сдвиговым, правостороннего сдвига-левосторонним и т.д.
Все это представляется достаточно вероятным, хотя В.А. Буш и придер-
живается противоположного мнения.
По мнению В.А. Буша, корни глобальных линеаментов (о характере
которых можно только гадать - границы конвективных ячей?) находятся
в мантии и постоянно строго фиксированы относительно фигуры Земли
в противоположность движениям литосферных плит и отдельных бло-
ков литосферы. Вместе с тем В.А. Буш вслед за Н.С. Шатским и автором
этих строк подчеркивает значение глобальных разломов в качестве “рель-
сов”, по которым происходит взаимное перемещение плит. Эта их роль
особенно наглядно проявляется при раскрытии океанов, в частности со-
временной Атлантики, когда положение оси спрединга в отдельных сег-
ментах определяется ранее существовавшими здесь континентальными
рифтами, а те, в свою очередь - сутурами или другими ослабленными
зонами. Магистральные, трансокеанские трансформные разломы непос-
редственно наследуют разломы поперечного к этим зонам направления.
Здесь мы выходим на более общую проблему о роли унаследован-
ное™ в развитии земной коры и литосферы, которая рассматривалась
Н.С. Шатским и А.В. Пейве, была затронута в работах автора и
С.М. Кравченко [Кравченко, Хайн, 1990] и некоторых зарубежных ис-
следователей (Я. Кутина и др.).
226
Глава 14
Проблема эта имеет по крайней мере два аспекта. Один из них каса-
ется устойчивости сети крупных разломов и их периодической обновля-
емое™. Такое свойство разломов в особенности подчеркивается, при-
чем уже давно, исследователями крупных рифтовых систем, в частности
Восточно-Африканской. Нередко это касается не самих разломных ог-
раничений рифтов, а пересекающих их трансформных и трансферных1
разломов.
Другой аспект проблемы возник сравнительно недавно в связи с
получением палеомагнитных данных о расположении континентов в
докембрии. Стало выясняться, что, во-первых, в докембрийской исто-
рии Земли, начиная по крайней мере с рубежа архей-протерозой, если
не раньше, периодически возникала, а затем разрушалась компактная
группировка материков в суперконтиненты - Пангеи, сосредоточенные
в одном, соответственно континентальном полушарии Земли; в другом
полушарии им противостоял Мировой океан - Панталасса. Во-вторых,
что здесь особенно важно, конфигурация Пангеи оказывалась каждый
раз сходной (если отвлечься от последующего вращения некоторых кон-
тинентов - Восточной Европы (Балтики) и Сибири, ныне постулируемо-
го палеомагнитологами1 2) с уже достаточно прочно установленной кон-
фигурацией последней, позднепалеозойской-раннемезозойской, “вегене-
ровской” Пангеи [Piper, Grant, 1989].
Об устойчивости структурного плана Земли и ее причине косвенно
свидетельствует установленный недавно Н.Ю. Бочаровой и А.А. Шрей-
дером [1993] факт также компактного расположения полюсов вращения
литосферных плит в течение последних 150 млн. лет в определенном
районе северного полушария.
Заметим, кстати, что все эти выводы опровергают упрек, нередко
высказывавшийся в адрес тектоники плит, в том, что эта концепция пре-
дусматривает неупорядоченное, хаотическое перемещение плит, чуть ли
не наподобие “броуновского движения”.
1 Трансферными разломами французский исследователь Д. Хоровиц назвал разломы
рифтовых систем, не перпендикулярные (подобно трансформным разломам) осям
растяжения этих систем.
2 Еще большее осложнение в эту закономерность может внести в случае справедли-
вости предположение Хоффмана-Мурса-Диела о коренной перегруппировке конти-
нентов в позднем протерозое-начале палеозоя [Dalziel, 1991, Hoffman, 1991, Moores,
1991].
Фрактальность земной коры и литосферы...
227
Только что рассмотренная проблема примыкает к не менее, если не
более важной проблеме существования определенной упорядоченности
в структурном плане Земли. За последние 150 лет она неоднократно об-
суждалась в литературе, начиная с работ Э. де Бомона в середине и
У. Грина в 70-х годах прошлого столетия, но в последние десятилетия
практически игнорировалась. Как известно, Э. де Бомон и У. Грин пыта-
лись уподобить фигуру поверхности Земли с расположенными на ней
горными цепями определенным многогранникам (Бомон - пентагон-до-
декаэдру, Грин - тетраэдру).
Новое и весьма неожиданное решение эта гипотеза получила совсем
недавно в работе П.А. Беспрозванного, Э.В. Бородзича и В.А. Буша
[1994]. Эти исследователи предприняли численный, статистический ана-
лиз упорядоченности планетарной сети линеаментов (ПСЛ) путем их
сравнения с тем или иным выбранным типом упорядоченности. Такими
типами были: А - два соосных тетраэдра; В - куб и октаэдр; С - икосаэдр
и пентагон-додекаэдр. В результате проведенного сопоставления были
получены важные выводы, сформулированные авторами следующим
образом:
1) система глобальных тектонических структур ПСЛ Земли в тече-
ние по крайней мере мезозоя и кайнозоя в каждый из моментов ее разви-
тия обладает чертами симметрии, свойственной системе правильных
многогранников;
2) не существует какой-либо предпочтительной системы симметрии,
обусловливающей структуру литосферы (в этом отличие от взглядов
Э. де Бомона и У. Грина), все три типа так или иначе проявлены в текто-
нике литосферных плит в тех или иных ее элементах;
3) внутри мантии, в структуре ее подошвы и во внутренней структу-
ре наилучшим образом отражается тетраэдрическая симметрия;
4) наблюдается согласованность выявленной упорядоченности с рас-
пределением неоднородностей в толще мантии, установленным сейсми-
ческой томографией.
Еще один существенный вывод заключается в том, что позиция
литосферных плит в геологическом прошлом, в частности 100 млн.
лет назад, также была геометрически упорядоченной, а перестройка
ансамбля плит происходила скачком, с преодолением энергетического
барьера.
Этот скачок сопровождался тектонической активизацией и соответ-
ствующей эпохой тектогенеза.
228
Глава 14
Легко видеть, что оба эти заключения согласуются с полученными
на другом материале. Уже было отмечено в литературе, что распределе-
ние зон разогрева и охлаждения мантии на глубине 1300 км ближе соот-
ветствует размещению зон спрединга и субдукции в эпок/ начала распа-
да последней Пангеи, чем их современному размещению. То же касает-
ся и связи эпох повышенной тектоно-магматической активности с
перестройкой осей спрединга и расположения плит.
Рассматривая возможный физический механизм возникновения от-
меченной упорядоченности структуры литосферы и всей мантии с ее
периодической перестройкой, авторы данного исследования считают
наиболее вероятным механизмом, в соответствии с взглядами И. Приго-
жина, самоорганизацию с возникновением диссипативных структур в
жидком внешнем ядре Земли, представляющем открытую систему. От-
ражением существования таких структур является изменяющееся пла-
нетарное магнитное поле Земли. Нестационарность процесса выража-
ется в дискретной перестройке структуры, находящей свое отражение в
цикличности тектогенеза. По весьма правдоподобному заключению
исследователей, в перестройку вовлекается не только сравнительно тон-
кая литосфера, но и вся мантия и, возможно, внутреннее ядро.
Надо сказать, что полученные П.А. Беспрозванным и его коллегами
с помощью достаточно строгого статистического анализа результаты
совпали с некоторыми более ранними построениями геологов, сделан-
ными на основе чисто качественного визуального анализа. Таковы, на-
пример, построения Т.Н. Ирвина [Irvine, 1989], наметившего существо-
вание октаэдрических осей симметрии, выходы которых на поверхность
лежат в экваториальной плоскости на пересечении трех взаимноперпен-
дикулярных больших кругов, а сами оси чередуются через 45° то с океа-
нами, то с континентами (рис. 35). Как отмечает П.А. Беспрозванный с
коллегами, эта схема структуризации согласуется с расположением гло-
Рис. 35. Карты Земли, показывающие предполагаемое распределение
конвективных течений [Jrvine, 1989]
а - кровля нижней мантии, сразу ниже границы на 670 км (1 - вулканические
горячие точки; 2 - области, где граница 670 км предположительно охлаждена);
б-граница на 400 км, предположительно отвечающая механически сопряженной кон-
вективной границе ( / - регионы высокого теплового потока); в- кровля астеносферы,
сразу ниже литосферы. На каждой карте конвективное движение в любом пункте по-
казано относительно пункта на поверхности Земли, лежащего непосредственно над
ним, так что сеть опорных пунктов постоянно меняется
Фракталъностъ земной коры и литосферы...
229
230
Глава 14
бальных неоднородностей мантии на глубине 2300 км и находит отраже-
ние и в структуре раздела мантия-ядро.
Сходная закономерность независимо отмечена в работе Е.Е. Мила-
новского и А.М. Никишина [1988]. Они подметили, что оси спрединга
современных океанов плюс предполагаемая ими общая ось спрединга
системы окраинных морей западной части Тихого океана чередуются
через 90° по долготе.
В связи с этим небезынтересно отметить (см. также: [Гарецкий, Ко-
женов, 1990]), что основные континентальные платформы, т.е. ядра кон-
тинентов, имеют определенные продольные оси симметрии, что особен-
но хорошо выражено у северного ряда кратонов: Северо-Американско-
го, Восточно-Европейского, Сибирского.
В литературе довольно давно обращалось также внимание на роль
экваториального пояса разломов. Он не только выражен известным сгу-
щением широтных трансформных разломов в Экваториальной Атланти-
ке, но и пересекает Южную Америку, Африку и Индостан, в Тихом оке-
ане выражен протяженной левосдвиговой зоной, выходящей на востоке
к о-вам Самоа, а в восточной части океана - Галапагосской осью спре-
динга. Недавно Э. Бонатти на материале изучения магматизма Атланти-
ки и Пацифики выявил, что верхняя мантия в этой экваториальной зоне
отличается по составу от нормальной океанской мантии.
К еще более далеко идущим выводам пришли М.З. Глуховский и
В.М. Моралев [1994]. Они показали, что подавляющая часть “горячих
точек” Земли (62%) расположена в экваториальном поясе, между широ-
тами ±35°, это же касается “горячих точек” Венеры, солнечных пятен и
зоны активного вулканизма на спутнике Юпитера Ио. Более того, эти
исследователи доказывают, что аналогичный “горячий пояс” был свой-
ствен и ранней Земле, если учитывать палеомагнитные данные о распо-
ложении раннедокембрийских щитов и основных центров роста конти-
нентальной коры, называемых ими нуклеарами (лат. nucleus - ядро).
В качестве объяснения выдвигается идея о том, что “длительное фикси-
рованное положение зоны мантийного апвеллинга на Земле... было выз-
вано гравитационной энергией формирующегося ядра, сфокусирован-
ной в экваториальном поясе под воздействием возникающих центробеж-
ных (ротационных) сил и приливной энергии Луны, особенно
эффективных на ранней стадии развития Земли”.
К числу подобных глобальных структур можно еще отнести и ши-
ротный круговой пояс осей спрединга, окружающий Антарктический
Фрактальность земной коры и литосферы...
231
континент. Вдоль этого пояса осуществляется “разбегание” от Антарк-
тиды остальных континентов южного ряда - Южной Америки, Африки,
Индостана и Австралии. Параллельные пояса проходят вдоль оси Тети-
са и экваториальной зоны разломов.
Еще одна важная закономерность в организации ансамбля литосфер-
ных плит была недавно подмечена французским исследователем
Л.-Э. Рику [Ricou, 1993]. Он обратил внимание на то, что на поверхно-
сти Земли имеется шесть примечательных точек, приуроченных к гра-
ницам плит, из которых четыре приходятся на тройные сочленения. Эти
точки закономерно связаны с осью вращения планеты и осью симмет-
рии геоида. Две из них расположены на большой окружности, проходя-
щей через полюса Земли. Положение этих точек показывает, что некото-
рые черты организации ансамбля плит как сейчас, так и в прошлом, по
крайней мере до 85 млн. лет назад (аномалия 34), контролируются вра-
щением планеты и формой геоида и сообщают литосфере вид теннисно-
го мяча, что, кстати, было ранее подмечено О.Г. Сорохтиным и К. Ле
Пишоном [Le Pichon, Huchon, 1984].
Закономерным представляется и в какой-то мере аналогичное отка-
лывание от Гондваны и причаливание к Лавразии (Евразии) микроплит
в течение почти всего фанерозоя начиная, во всяком случае, с ордовика.
Подобную же миграцию к северу на тысячи километров испытали окра-
инно-материковые и внутриокеанские террейны в северной части Тихо-
го океана. Их перемещение происходило вдоль левых сдвигов на запад-
ной периферии океана и правых на восточной и привело к образованию
мощных аккреционных комплексов Корякии-Камчатки-Чукотки на се-
веро-западе и Аляски на северо-востоке. О возможной причине этого
северного дрейфа речь будет ниже.
Наряду с чертами симметрии в структуре Земли отчетливо проявле-
ны и черты антисимметрии (диссимметрии). Главной справедливо счи-
тается противоположность материкового и океанского полушарий Зем-
ли [Уфимцев, 1992 и др.]. Другая противоположность существует между
“материковостью” южной и “океаничностью” северной полярных обла-
стей. Из числа гипотез, выдвинутых для объяснения этих проявлений
антисимметрии и частично рассмотренных выше, упомянем недавнюю
попытку О.В. Петрова [1992] вывести их из своей концепции внутрен-
них гравитационных волн Земли.
Антисимметрия “севера” и “юга” нашей планеты находит свое про-
явление в различиях истории Лавразии и Гондваны, впервые подмечен-
232
Глава 14
них для позднего докембрия Ю.М. Шейнманном и Н.А. Штрейсом, но
наиболее полно, начиная с раннего докембрия, прослеженных недавно
Н.А. Божко [1992]. Даже если в отношении раннего докембрия им и до-
пущено некоторое преувеличение, в целом его заключения весьма инте-
ресны. Н.А Божко считает, что эта меридиональная биполярность разви-
тия имеет определенную периодичность, порядка 370-350 млн. лет. Про-
цесс этот прерывается эпохами кратковременной конвергенции Лавразии
и Гондваны, приводящей к образованию Пангей. Причина отмеченной
закономерности усматривается Н.А. Божко и М.А. Гончаровым [Bozhko,
Goncharov, 1993] в динамике границы мантия/ядро, что вполне правдо-
подобно. На основе этой идеи ими разработана геодинамическая модель,
предусматривающая периодическое изменение преобладающего направ-
ления конвективных течений в мантии с северостремительного на юж-
ностремительное. Эта модель, на наш взгляд, способна объяснить и на-
блюдаемую в последние 180 млн. лет тенденцию к перемещению тер-
рейнов по обе стороны Северной Пацифики в северном направлении
по системам сдвигов - левосторонних на востоке и правосторонних на
западе.
Среди черт антисимметрии, присущих структурному плану Земли,
нередко упоминается современная антисимметрия области Тихого океа-
на с развитием системы окраинных морей и островных дуг на западной
стороне и ее отсутствием на восточной стороне, к которой местами вплот-
ную придвинулся Восточно-Тихоокеанский спрединговый хребет. Од-
нако при рассмотрении этого реально существующего контраста неред-
ко забывают, что он возник лишь начиная с конца мелового периода, а до
этого в мелу и юре картина была скорее обратной. Тем не менее наблю-
даемая в настоящее время антисимметрия Пацифики требует объясне-
ния и в сочетании с фактом явного надвигания обеих Америк на ложе
Тихого океана заставляет думать об общем дрейфе континентальных
литосферных плит не только к северу, но и к западу. А на большей глуби-
не, в мантии (астеносфере), существует, очевидно, противотечение, при-
ведшее к образованию симметрично расположенных Антильской и
Южно-Антильской (Скотия) островных дуг. Аналогичный рисунок име-
ет и дуга Банда на другой стороне Тихого океана, на юге Индонезийско-
го архипелага.
К выводу о существовании в астеносфере направленного к востоку
течения пришли и некоторые западноевропейские исследователи при
анализе строения западной части Альпийско-Гималайского пояса.
Фракталъность земной коры и литосферы...
233
Итак, на поставленный в названии данной главы вопрос о существо-
вании упорядоченности в структурном плане Земли уже теперь должен
быть дан безусловно положительный ответ. Другое дело, что не все эле-
менты этой упорядоченности выявлены достаточно объективно и не все
они получили рациональное объяснение, но это, видимо, одна из задач
будущих исследований.
Принцип самоорганизации материальных систем, роль которого все
шире признается в современной науке, должен, очевидно, учитываться и
в тектонике литосферных плит. Вопрос этот был поставлен в 1990 г. в
работе французских ученых Д. Сорнетт, Ф. Дави и А. Сорнетт, (D. Somette,
Ph. Davy, A. Somette//J. Geophys. Res. 1990. Vol. 95. P. 17. 353-17. 361).
Авторы исходят из предпосылки, что структурирование континен-
тальных плит происходит согласно концепции самоорганизующейся кри-
тичности. Свои разработки они применили к анализу сейсмичности, при-
дя к выводу, что землетрясения нельзя связывать с подвижками по како-
му-то одному разлому, ибо смещения вдоль такого разлома должны
совмещаться с деформациями вокруг него. Они отмечают также, что из-
вестный эмпирический закон Гутенберга-Рихтера, связывающий число
землетрясений с их энергией (магнитудой), вытекает из данной концепции.
На мой взгляд, принципы теории самоорганизующейся критичности
могут иметь для тектоники литосферных плит еще большее значение.
Они способны объяснить периодическую реорганизацию ансамбля плит
и связанное с ней повышение тектонической и магматической активнос-
ти, описываемое как “орогенические фазы”. Однако и в данном случае
действие этой теории нельзя рассматривать изолированно от влияния
процессов в более глубинных, чем литосфера, оболочках Земли.
В последние годы наши исследователи вернулись к некогда столь
модной у нас концепции глубинных разломов, пытаясь переосмыслить
ее в свете мобилизма и конкретно тектоники плит, а главное, новых дан-
ных, полученных в основном геофизикой. Наиболее последовательно это
было сделано в докладе Н.В. Короновского и М.Г. Ломизе на Всерос-
сийском Тектоническом совещании 2001 г. В этом докладе прежде всего
рассматривается отношение традиционного понятия “глубинный разлом”
к новому понятию “сутура”. Действительно, большинство наиболее из-
вестных прежде глубинных разломов, в том числе выделенных в осно-
вополагающей работе А.В. Пейве на Урале и в Тянь-Шане, ныне отно-
сятся к разряду сутур. Принципиальная разница состоит в том, что раз-
деляемые ими геоблоки - литосферные плиты, микроплиты, террейны,
234
Глава 14
не соседствовали первоначально друг с другом, а могли отстоять на рас-
стояние сотен, если не тысяч километров и быть вторично совмещенны-
ми в процессе субдукции, коллизии и сдвиговых перемещений. Далее в
работе Н.В. Короновского и М.Г. Ломизе показано большое разнообра-
зие глубинного строения, кинематики и ее изменения во времени струк-
тур, которые могут относиться, в традиционном понимании, к категории
глубинных разломов. Те из них, которые сохраняют свою активность и
еще не перешли в разряд сутур, могут отвечать границам плит и микро-
плит или занимать внутриплитное положение, разделяя континенталь-
ные и океанские части плит или составляя ограничения континенталь-
ных рифтов, что в особенности касается зон срыва - detachment рифтов,
развивающихся по модели Б. Вернике. В заключение своего анализа ав-
торы цитированной работы делают вывод, что “в своем условном, гене-
тическом понимании этот термин (глубинный разлом - В.X), вероятно, в
дальнейшем будет выходить из употребления” [Короновский, Ломизе,
2001, с.314]. Действительно, в подавляющем большинстве случаев ока-
зывается предпочтительным относить изучаемый разлом к одному из
конкретных типов таких структур.
Последнее по времени и, вероятно, наиболее основательное иссле-
дование закономерностей ориентировки планетарной трещиноватости
выполнено в работе [Анохин, Одесский, 2001]. Эти авторы обобщили
данные по ориентировке крупных форм планетарного рельефа (речная
сеть, горные хребты, очертания береговой линии, срединноокеанские
хребты, трансформные разломы, глубоководные желоба), справедливо
считая, что анализ рельефа дает более объективный материал, чем ана-
лиз тектонических нарушений и других структурных элементов по гео-
логическим и тектоническим картам. Вместе с тем они также справед-
ливо считают, что в основе геоморфологически выделяющихся линеа-
ментов должны находиться разрывные нарушения коры, и, следовательно,
фактически результаты их исследования отражают именно трещинова-
тость (т.е. фрактальность - В.X.) земной коры.
Эти результаты убедительно подтверждают проявление двух основ-
ных систем линеаментов - ортогональной и диагональной, по отноше-
нию к оси вращения Земли, при явном преобладании первой (рис. 36).
Вместе с тем на преобладающей части роз-диаграмм видно, что диаго-
нальная система состоит фактически из двух систем (это признают и сами
авторы данной работы - одна, преобладающая, с простираниями 30-40°
и 120-130°, и другая, подчиненная, с простираниями 50-60° и 140-150°.
Фрактальность земной коры и литосферы...
235
Рис. 36. Сводная роза-диаграмма линеаментов на планете (в сопоставлении с
розой-диаграммой П.С. Воронова) [Анохин, Одесский, 2001]
По круговой шкале - азимуты простирания линеаментов, градусы; по радиаль-
ной шкале - количество замеров: 1 - по данным авторов, 2 - по П.С. Воронову
Таким образом, в определенной степени оказываются правы и сто-
ронники четырех, и сторонники шести направлений глобальных линеа-
ментов. В.М. Анохин и И.А. Одесский считают, опять-таки справедли-
во, что современная сеть линеаментов в значительной степени является
унаследованной от более ранних эпох. И, наконец, подтверждают совер-
шенно очевидный вывод, что она должна иметь ротационное происхож-
дение, т.е. должна быть обязанной напряжениям, возникающим вслед-
ствие изменения скорости вращения Земли.
Также совсем недавно несколько более частное исследование, каса-
ющееся трещиноватости чехла древних платформ - Восточно-Европей-
ской и Северо-Американской, было осуществлено А.Ф. Грачевым [2001].
В нем тоже подтверждено проявление двух систем трещин с ориенти-
ровкой, выдерживающейся независимо от возраста отложений и даже
независимо от того, какие породы их слагают, осадочные или эффузив-
ные. Автор данной работы дает достаточно убедительное объяснение
этому факту, предлагая физический механизм наследования более древ-
них направлений трещин более молодыми отложениями.
236
Глава 14
Другое из рассмотренных в данной главе понятий - понятие о лине-
аментах, также продолжало занимать определенное место в тектоничес-
ких исследованиях. Истоки и развитие соответствующих представлений
были предметом обзорной работы А.И. Полетаева [1994]. Они развиты
и дополнены в последующих работах того же автора, последняя из кото-
рых вышла недавно [Полетаев, 2000]. В этой работе внимание акценти-
руется на сдвиговой составляющей линеаментов; перемещения по сдви-
гам связываются с ротационным режимом Земли.
Надо отметить, что в последние годы роли сдвигов в структуре и
развитии земной коры придается все большее значение. Их специально
касалась крупная монография, посвященная одному из отечественных
пионеров изучения сдвиговой тектоники - петербургскому ученому
П.С. Воронову.
В некоторых работах было указано на существование крупных транс-
континентальных сдвиговых зон в структуре Евразии - широтной [Хайн,
Яблонская, 1997] и диагональной [Копп, 1996]. Крупный широтный сдвиг
в конце герцинского цикла предполагался между Лавразией и Гондва-
ной [Ziegler, 1988]. Зоны сдвигов установлены и вдоль обрамлений Ти-
хого океана - левосторонних на западе, правосторонних на востоке, а
также вдоль ограничений Карибской плиты и плиты Скотия и на юге
Северной Америки - линеамент Мохаве-Сонора в пограничном районе
США и Мексики. Этот список можно продолжить.
Сравнительно новое для нашей науки понятие фрактальности в пос-
ледние годы находит все большее применение в работах российских уче-
ных, причем в исследованиях самого разного масштаба. Одним из при-
меров может служить работа [Мирлин, 2001], в которой это представле-
ние развивается в отношении впадин типа pull-apart, на которые, по
мнению этого автора, распадается бассейн Атлантического океана. Дру-
гим примером может являться работа [Sherman, Gladkov, 1999], где фрак-
тальный анализ применен к разломной тектонике и сейсмичности Бай-
кальской рифтовой зоны.
Что касается еще одной важной проблемы, затронутой в данной гла-
ве, - проблемы упорядоченности структурного плана Земли, заслужива-
ет упоминания недавняя работа швейцарских ученых [Pavoni, Muller,
2000]. В этой работе обращено внимание на два полукольца срёдинноо-
кеанских хребтов, из которых одно обрамляет Тихоокеанскую плиту, а
другое - Африканскую (рис. 37). Геометрические центры этих полуко-
лец лежат на экваторе и расположены антиподально один по отношению
Рис. 37. Распределение 34 фиксированных точек (1-34) активных океанских хребтов, использованных
для определения центров Pl, А1 и А2 в Тихоокеанском и Африканском полушариях [Pavoni, Muller, 2000]
Р-Тихоокеанский полюс на 170° з.д., 0° с.ш.; А-Африканский полюс на 10° в.д., 0° с.ш. Точки 1-20 маркируют положе-
ние и простирание циркум-Африканской системы хребтов. Точки 21-34 описывают активную систему хребтов Южной и
Восточной Пацифики
Фрактальность земной коры и литосферы.
238
Глава 14
к другому. К этим полосам приурочено повышение уровня геоида и “го-
рячей мантии” и соответственно размещение двух современных супер-
плюмов. Авторы данной работы считают, что эта закономерность играла
важную роль в эволюции литосферы Земли в последние 180 млн. лет,
т.е. после распада Пангеи.
ЛИТЕРАТУРА
Анохин В.М., Одесский И.А. Характеристика глобальной сети планетар-
ной трещиноватости // Геотектоника. 2001. № 5. С. 3-9
Беспрозванный П.А., Бородзич Э.В., Буш В.А. Численный анализ упоря-
доченности планетарной сети линеаментов // Изв. РАН. Физика Зем-
ли. 1994. № 1. С. 57-65
Божко Н.А. Геодинамическая инверсия в полярной системе северного и
южного полушарий Земли // Веста. МГУ. Сер. 4, геология. 1992.
№ 5. С. 27-38
Бочарова Н.Ю., Шрейдер А.А. Закономерности распределения диффе-
ренциальных полюсов вращения литосферных плит И Бюл. МОИП.
Отд. геол. 1993. Т. 67. Вып. 6. С. 20-28
Буртман В.С. Стационарная сеть разломов и мобилизм // Геотектоника.
1978. № 3. С. 26-37
Буш В.А. Континентальные линеаменты и проблемы мобилизма // Там
же. 1983. №4. С. 14-25
Гарбар Д.И. Две концепции ротационного происхождения регматичес-
кой сети // Там же. 1987. № 1.С. 107-108
Гарецкий Р.Г., Коженов В.Я. Главные субмеридиональные тектоничес-
кие оси древних платформ Лавразийской группы // Тектоника запада
Восточно-Европейской платформы. Минск: Наука и техника, 1990.
С. 143-150
Глуховский М.З., Моралев В.М. О “горячем поясе” ранней Земли // Докл.
РАН. 1994. Т. 334, № 6. С. 923-927
Грачев А.Ф. Трещиноватость платформенных областей (на примере Во-
сточно-Европейской и Северо-Американской платформы) И Мат.
XXXIV-ro совещания “Тектоника неогея. Общие и региональные ас-
пекты”. М.: ГЕОС, 2001. Т. 1. С. 181-184
Дружинин В.С., Рыбалка В.М., Соболев ИД. Связь тектоники и магма-
тизма с глубинным строением Урала по данным ГСЗ. М.: Недра, 1976.
157 с.
Фрактальность земной коры и литосферы... 239
Кот М.Л. Трансъевразийский (Балтийско-Иранский) правый сдвиг в
палеогене И Докл. РАН. 1996. Т. 349. № 6. С. 795-799
Короновский Н.В., Ломизе М.Г. Глубинные разломы и тектоника плит //
Мат. совещания “Геотектоника, общие и региональные аспекты”.
Т. 1. М.: ГЕОС, 2001. С. 130-134
Кравченко С.М., Хайн В.Е. Соотношение унаследованное™ и новообра-
зования в истории литосферы // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1990.
№11. С. 3-16
Красный Л.И. Блоковое строение земной коры. Л.: Недра, 1984. 213 с.
МилановскийЕ.Е., Никишин А.М. Западно-Тихоокеанский рифтовый пояс
И Бюл. МОИП. Отд. геол. 1988. Вып. 4. С. 3-15
Мирлин Е.Г. Фрактальная дискретаость литосферы и геодинамика // Докл.
РАН. 2001. Т. 379. № 2. С. 231-234
Пейве А.В. Глубинные разломы в геосинклинальных областях И Изв. АН
СССР. Сер. геол. 1945. № 5. С. 23-46
Пейве А.В. Буртман В.С., Лукьянов А.В., Руженцев С.В. Разломы и гори-
зонтальные движения земной коры. М.: АН СССР, 1963. 172 с.
Петров О.В. Нелинейные явления термогравитационной неустойчивос-
та и внутренние гравитационные волны Земли И Докл. РАН. 1992.
Т. 326. № 3. С. 506-509
Поздняков А.В. Волны в астеносфере и их геотектонические следствия
И Симметрия рельефа. М.: Наука, 1992. С. 130-143
Полетаев А.И. Линеаментная делимость земной коры. Общая и регио-
нальная геология, геология морей и океанов, геологическое картирова-
ние. Обзорная информация. Вып. 4. М.: Геоинформмарк, 1994.48 с.
Полетаев А.И. Сдвигово-ротационная модель структурной эволюции
Русской платформы. Общая и региональная геология, геология мо-
рей и океанов, геологическое- картирование. Обзорная информация.
Вып. 5. М.: Геоинформмарк, 2000. 43 с.
Садовский М.А., Нерсесов И.Л., Писаренко В.Ф. Иерархическая диск-
ретная структура литосферы и сейсмические процессы // Современ-
ная тектоническая активность Земли и сейсмичность. М. 1978. С. 182-
191
Соколов В.Б. Строение земной коры Урала И Геотектоника. 1992. № 5.
С. 3-4
Стовас М.В. Опыт математического анализа тектонических процессов,
вызываемых изменениями фигуры Земли: Автореф. дис. д-ра геол.-
мин. наук. Л. 1961. 37 с.
240
Глава 14
Тяпкин К. Ф. Изучение разломных и складчатых структур докембрия гео-
лого-геофизическими методами. Киев. 1986. 168 с.
Уфимцев ГФ. Очерк симметрии планетарного рельефа Земли И Сим-
метрия рельефа. М.: Наука, 1992. С. 76-89
Философов В.П. Основы морфометрического метода поисков тектони-
ческих структур. Саратов: Сарат. ун-т, 1975. 232 с.
Хайн В.Е., Яблонская Н.А. Структурный анализ рисунков Альпийско-
Гималайского и Центрально-Азиатского горных поясов как отраже-
ние верхнекоровых упруго-пластических деформаций И Докл. РАН.
1997. Т. 353. № 5. С. 655-658
Шульц С.С. Планетарная трещиноватость // Планетарная трещиноватость.
Л.: ЛГУ, 1973. С. 5-37
BABEL working group. Evidence for early Proterozoic plate tectonics from
the seismic reflection profiles in the Baltic shield // Nature. 1990.
Vol. 348. P. 34-38
Bozhko N. A., Goncharov M. A. Global balanced arrangement of the geodynamic
polarity of Earth’s southern and northern hemispheres // L.P. Zonensham
conference on plate tectonics. 1993. Abstracts. P. 43-44
Dalziel I. W.D. Pacific margin of Laurentia and East Antarctica-Australia as a
conjugate rift pair: Evidence and implications for an Eocambrian
supereontment // Geology. 1991. Vol. 19. P. 598-601
Hoffinan P.F. Did the breakup of Laurentia turn Gondwanaland inside out? I I
Science. 1991. Vol. 252. P. 1409-1412
Irvine T.M. Global convection framework: Concepts of symmetry, stratification
and system of the Earth’s dynamic sttucture I I Econ. Geol. 1989. Vol. 84.
N 8. P. 2059-2114
Le PichonX., Huchon Ph. Geoid, Pangea and convection // Earth Planet. Sci.
Lett. 1984. Vol. 67. N1. P. 123-135
Moody J. D.. HillM.L. Wrench-fault tectonics//Bull. Geol. Soc. Amer. 1956.
Vol. 67. P. 1207-1246
Moores E.M. Southwest US-East Antarctica (SWEAT) connection: A hypo-
thesis H Geology. 1991. Vol. 19. P. 425-428
Pavoni N., Muller M. V. Geotectonic polarity, evidence from the pattern of
active oceanic ridges, bordering the Pacific and African plates // J. Geodyn.
2000. Vol. 30. P. 593-601
Piper J.D.A., Grant S. A paleomagnetic test of the axial dipole assumption
and implication for continental distribution through geological time // Phys.
Earth Planet. Inter. 1989. Vol. 55. P. 37-53
Фрактальность земной коры и литосферы... 241
Ricou L.-E. Quelques elements remarquables de Г organisation des plaques
// C.R. Acad. Sci. P. 1993. T. 316. Ser. II. P. 1797-1804
Sherman S.I., Gladkov A.S. Fractals in studies of faulting and seismicity in the
Baikal rift zone // Tectonophysics. 1999. Vol. 308. P. 133-142
Sender R. Mechanik der Erde. Stuttgart. 1956.
Ziegler PA. Evolution of the Arctic-North Atlantic and the Western Tethys //
Amer. Assoc. Petrol. Geol. Mem. 1988. Vol. 3 198 p.
Глава 15
ЗАГАДКИ КОЛЬЦЕВЫХ СТРУКТУР
В земной коре наряду с линейными структурами наблюдается мно-
жество структур различного масштаба и происхождения, имеющих в плане
более или менее правильную кольцевую форму. Многие такие структуры
были выявлены геологическим картированием или аэрофотосъемкой, но
число и разнообразие известных структур подобного типа резко возросли
после начала съемок из космоса. Как только что отмечалось, размеры коль-
цевых структур могут быть весьма различными - от первых сотен мет-
ров в диаметре (вулканические трубки взрыва типа мааров Эйфеля, инт-
рузивные трубки кимберлитов или карбонатитов) до многих сотен или
даже более 1 тыс. км в поперечнике (крупные синеклизы: Виллистонс-
кая, Мичиганская в Северной Америке, Конго в Африке - или такие впа-
дины, как Мексиканского залива и Южно-Каспийская). Происхождение
кольцевых структур также чрезвычайно разнообразно. Оно может быть
эндогенным - магматогенным, метаморфогенным, тектоническим; экзо-
генным или космогенным (метеоритные кратеры - астроблемы). Проис-
хождение и даже само существование многих кольцевых структур явля-
ются спорными.
Наш краткий обзор начнем с кольцевых структур, происхождение ко-
торых наиболее очевидно, - с магматогенных. Сам этот класс кольцевых
структур также весьма разнообразен. К их числу относятся вулканоген-
ные структуры, в частности кальдеры, достигающие в поперечнике мно-
гих километров, например 30-50 км в Кордильерах Северной Америки.
Интрузивно-магматические кольцевые структуры включают лакколиты,
кольцевые ультраосновные - щелочные плутоны, самые крупные из ко-
торых имеют диаметр более 100 км (Гулинский плутон в Сибири), уже
Загадки кольцевых структур
243
упоминавшиеся кимберлитовые и карбонатитовые трубки. Все эти обра-
зования широко распространены на континентальных платформах.
Достаточно широко представлены и кольцевые структуры метамор-
фогенного происхождения, особенно на кристаллических щитах древних
платформ. К ним относятся прежде всего гранито-гнейсовые купола, обя-
занные своим возникновением разуплотнению пород при достижении ими
на глубине определенной, амфиболитовой, стадии регионального мета-
морфизма, сопровождающейся образованием гранитных расплавов.
Всплывание этих пород, обладающих меньшей плотностью по отноше-
нию к перекрывающим их образованиям, и порождает гранито-гнейсо-
вые купола. Такие купола встречаются повсеместно в областях развития
раннего докембрия, значительно реже среди образований позднего до-
кембрия, в частности чехла протоплатформ, и еще реже в фанерозое.
Гранито-гнейсовые купола нередко группируются в крупные скопле-
ния, которые британский геолог А. Мак Грегор [MacGregor, 1951], изу-
чавший массив Зимбабве в Южной Африке, назвал “стадами” (сверху
они напоминали стадо овец), а русский геолог Л.И. Салоп [1982] на при-
мере центрального блока Алданского щита - “складчатыми овалами”.
М.З. Глуховский, Е.В. Павловский [1984] на основе дешифрирования
космоснимков наметили большое количество крупных кольцевых струк-
тур подобного типа на древних кристаллических щитах (Алданском, Бал-
тийском) (рис. 38) и назвали их нуклеарами, считая, что это - древней-
шие структуры континентальной коры, ее ядра, зародыши. Аналогичные
структуры были выделены в Африке и Южной Америке канадским гео-
логом А.М. Гудвином [Goodwin, 1985], на Украинском щите - киевским
геологом О.Б. Гинтовым [1978], в Волго-Уральской области, на погре-
бенном Татарском своде, - С.В. Богдановой [1986] (по данным геофизи-
ки и бурения). В поперечнике эти крупные структуры достигают несколь-
ких сот километров. Их возраст, происхождение и сама реальность суще-
ствования остаются спорными.
Конечно, было бы весьма соблазнительным вслед за Е.В. Павлов-
ским, М.З. Глуховским и В.М. Моралевым видеть в этих кольцевых струк-
турах действительно первичные образования континентальной коры, воз-
можно возникшие на месте астроблем периода великой метеоритной бом-
бардировки нашей планеты 4,2-3,8 млрд. летт.н. Однако, во-первых, эти
структуры в основном фиксируются по мелкомасштабным космо-
снимкам, а сопоставление с геологическими картами нередко показыва-
ет, что контуры намеченных по таким снимкам “колец” прихотливо се-
244
Глава 15
Рис. 38. Схема тектоники Балтийского щита
(по [Глуховский, Павловский, 1984], с изменениями)
1 - платформенный чехол и складчатый комплекс каледонид; 2 - архейский ком-
плекс; 3 - верхнеархейские и нижнепротерозойские зеленокаменные пояса; 4 - по-
зднеархейские и раннепротерозойские протоплатформенные прогибы (а - осадоч-
ные, б - вулканогенные); 5 - нижнепротерозойский орогенно-магматический комп-
лекс (а - осадочно-вулканогенный, б - гранитоидный); б - основные кольцевые (а) и
дуговые (б) тектонические структуры; 7 - то же, второстепенные; 8 - радиальные и
прочие разломы; 9 - простирание погребенных докембрийских структур по магнит-
ным телам. Кольцевые структуры: I - Свеконорвежская, II - Свекофенско-Карельс-
кая, III - Кольско-Лапландская
кут геологические структуры меньшего масштаба (см. рис. 38). Во-вто-
рых, там, где они выявляются наиболее достоверно по геолого-геофизи-
ческим данным (Украинский щит, Волго-Уральская область), оказывает-
ся, что их формирование, по крайней мере в современном виде, заверши-
лось только к концу раннего протерозоя. В качестве раннепротерозойских
структур они хорошо вписываются в гексагональные решетки, отвечаю-
Загадки кольцевых структур
245
щие мелкоячеистой конвекции типа Рэлея-Бенара, характерной для этой
геологической эры (см. гл. 13). Это, однако, не исключает возможности
более раннего их зарождения. В общем вопрос пока остается открытым,
но сама идея существования такого рода структур весьма привлекательна.
Третья большая группа кольцевых структур имеет тектоническое про-
исхождение. Эта группа, подобно двум предыдущим, включает большое
число структур, достаточно многообразных по морфологии и генезису,
причем выраженных как положительными, так и отрицательными фор-
мами структурного рельефа. Опять же наиболее очевиден генезис более
мелких структур, имеющих в диаметре несколько или первые десятки
километров. Это прежде всего диапировые структуры, особенно соляные
купола, иногда достигающие и сотни километров в поперечнике - Ин-
дерский купол в Северном Прикаспии. Во влажном климате выщелачи-
вание солей приводит к тому, что выходу на поверхность соляного штока
в ядре диапира соответствует не возвышенность, а впадина, иногда заня-
тая соленым озером (Эльтон, Баскунчак в Северном Прикаспии).
Близкое происхождение имеют структуры проседания на юге Преду-
ральской системы прогибов, описанные как “дизъюнктивные мульды”,
а также “синклинальные вдавленности” на грязевых вулканах, осложня-
ющих глиняные диапиры Керченского полуострова, образовавшиеся
вследствие выноса сопочной брекчии из недр этих вулканов, и аналогич-
ные структуры Юго-Восточного Кавказа. По существу, это уже кольце-
вые структуры не столько эндогенного, сколько экзогенного происхожде-
ния, хотя и осложняющие эндогенные поднятия.
Среди крупных кольцевых структур тектонического происхождения
мы находим как положительные - своды, антеклизы, так и отрицатель-
ные - синеклизы - формы. Условия образования последних более ясны,
чем первых. Как впервые установил Н.С. Шатский на примере Украин-
ской синеклизы, впадины этого типа образуются над рифтами, очевидно
вследствие остывания коры и литосферы в целом и под нагрузкой накап-
ливающихся осадков. Дополнительное значение может иметь внедрение
основной магмы в низы коры и (или) ее эклогитизация. При этом сине-
клизы округлых или овальных очертаний возникают над тройными со-
членениями рифтов. Такое происхождение имеют, очевидно, Прикаспий-
ская синеклиза и другие аналогичные структуры - синеклизы Мичиган-
ская, Иллинойская Северо-Американской платформы, Таудени и Конго
Африканской платформы, Южно-Каспийская впадина. Для “трапповых”
синеклиз (амфиклиз по М.В. Муратову), заполненных платобазальтами,
246
Глава 15
вероятно полирифтовое происхождение - в их основании могут лежать
еще более сложные рифтовые системы.
Некоторые краевые синеклизы и равновеликие им впадины внутри
орогенов, отличающиеся особенно большой (более 10 км) мощностью
осадков и утоненной консолидированной корой с отсутствием, по геофи-
зическим данным, ее верхнего, гранито-гнейсового слоя, могут рассмат-
риваться как остаточные бассейны окраинных, обычно задуговых морей,
избежавших закрытия в процессе столкновения крупных литосферных
плит. Такое происхождение могут иметь, по представлениям С.В. Апло-
нова, В.И. Устрицкого [1991] и швейцарского геолога К. Хсю [Hsu, 1989],
“безгранитные” впадины Баренцева и Карского морей, Западной Сиби-
ри, Синьцзяна (Джунгарская, Таримская), а также, очевидно, Прикаспий-
ская и Южно-Каспийская.
Крупные округлые или овальные положительные структуры особен-
но типично представлены в Северной Америке. Таковы антеклизы Озарк
и Бенд на древней платформе с выходами в сводовой части докембрий-
ского фундамента, своды Монро, Джексон и др. на молодой платформе
Галф-Коста. Генезис этих и подобных им структур на других платфор-
мах не вполне ясен. Н.С. Шатский [1946] был склонен считать их пас-
сивными образованиями - остаточными от прогибания синеклиз. Одна-
ко такому толкованию противоречат факты, указывающие на активное
поднятие этих структур и установленные, в частности Л.Т. Шевыревым
[1988] для Воронежской антеклизы Русской плиты, частые перерывы в
осадконакоплении, локализованные лишь в их пределах, проявления маг-
матической деятельности.
Вместе с тем отсутствие в подавляющем большинстве случаев замет-
ных гравитационных и магнитных аномалий и изменений мощности коры
и литосферы под этими структурами (исключение - поднятия Макдон-
нелл и Масгрейв в Центральной Австралии с их крупным гравитацион-
ным максимумом) не позволяют приписать всем им чисто магматоген-
ное происхождение, хотя для некоторой их части связь с мантийными
струями (плюмами) все же вероятна - Ахаггар и Тибести в Сахаре и др.,
с явными проявлениями молодого вулканизма. Для остальных структур
данного класса возможны два толкования их генезиса: либо образование
под действием внутриплитных напряжений сжатия, исходящих из смеж-
ных зон спрединга, субдукции или коллизии (такое толкование предло-
жено, например, для сводовых структур Галф-Коста); либо нагнетание
пластичного материала нижней коры в результате ее оттока из-под одно-
Загадки кольцевых структур
247
временно формирующихся рифтов и синеклиз. В последнем варианте
речь должна идти о перераспределении материала внутри литосферы,
что сближает эту гипотезу с гипотезой С. А. Тычкова [1984] и X. Лю [Liu,
1980] о внутрилитосферной конвекции.
Словом, приходится констатировать нерешенность проблемы гене-
зиса и этого класса кольцевых структур. Вместе с тем вполне возможно,
что они могут иметь различное происхождение, и, следовательно, каж-
дая из выдвинутых для их объяснения гипотез хотя бы частично спра-
ведлива.
Кольцевые структуры экзогенного происхождения характеризуются,
как правило, очень небольшими размерами - десятки, сотни метров, реже
первые километры в поперечнике. О некоторых, имеющих смешанное,
экзогенно-тектоническое происхождение, уже говорилось выше. Чисто
экзогенный генезис имеют карстовые воронки, иногда сливающиеся в
более крупные поля, а также их аналоги в области вечной мерзлоты, по-
являющиеся в летнее время, - аласы. В этих же областях встречаются
небольшие положительные формы - булгунняхи, образующиеся вслед-
ствие пучения замерзающего грунта.
Зато с каждым годом выясняется все большее значение космогенных
кольцевых структур - метеоритных кратеров, или астроблем, как их пред-
ложил называть американский геофизик Р. Дитц, автор и другого, полу-
чившего широкое распространение термина - “спрединг”. В настоящее
время на континентах открыто 136 структур этого типа [Фельдман, 1990];
их начинают обнаруживать и на дне океана. Размеры астроблем - от пер-
вых десятков метров до 100 км и несколько более. Отнесение ряда коль-
цевых структур к астроблемам спорно (рис. 39); близкую к ним морфоло-
гию имеют структуры вулканического происхождения; ниже мы остано-
вимся на некоторых наиболее дискуссионных объектах. Вместе с тем
необходимо подчеркнуть, что настоящие астроблемы обладают вполне
определенными характерными признаками, как в отношении внешней
формы, так и в отношении выполняющих их образований.
Округлая воронка - собственно ударный кратер, занимающая цент-
ральную часть астроблемы, обычно окружена валом, который с внешней
стороны может сопровождаться желобом, а в центре кратера часто возвы-
шается центральное поднятие. Как сам кратер, так и окаймляющий его
вал и поднятие (горка) внутри кратера сложены ударной брекчией, среди
которой различают несколько разновидностей. Особенно характерны спек-
шиеся или расплавленные вследствие выделившегося при ударе метео-
248
Глава 15
Рис. 39. Геологическая карта и схематический профиль
Фредефортской структуры [De Wit et al., 1992]
1 - более молодой чехол Карру; 2 - щелочные граниты; 3 - вулканиты Фентерс-
дорп; 4-5 - супергруппа Витвагерсранд: 4 - верхняя, 5 - нижняя части; 6 - внешние
гранито-гнейсы; 7 - Фредефортское несогласие; 8 - чарнокитовая зона; 9 - лейко-
гранофельзиты Инландзее; 10 - ультрамафиты Бета; 11 - гранит-зеленокаменный
комплекс
рита тепла образования, которые, однако, могут быть приняты и за вул-
канические породы. Их называют импактитами (от англ, impact. - след
от удара). Застывшие капли расплава, нередко выброшенные на большое
(десятки, сотни километров) расстояние от места удара, известны как тек-
титы. Они встречены среди архейских образований в Южной Африке,
среди верхнепротерозойских в Южной Австралии и рассматриваются как
свидетельства падения метеоритов в эти отдаленные времена.
Загадки кольцевых структур
249
Еще шире распространены тектиты среди более молодых образова-
ний, вплоть до пограничных между плейстоценом и голоценом. Как от-
мечалось в главе 11, тектиты могут иметь и внеземное происхождение,
являясь составной частью комет. Но еще более характерны минералы,
которые образуются только при очень высоких давлениях - высокобари-
ческие фазы кремнезема: коэсит, стишовит, стиповерит и некоторые дру-
гие, в том числе алмазы. Весьма типичны еще минералы с аномальным
преломлением или двупреломлением - кварц с двойникованием (“шоко-
вый кварц”), аналогичный циркон и др., а также обломки горных пород,
состоящие из острых конусов, обращенных вверх, - так называемые ко-
нусы разрушения. Совокупность этих признаков дает возможность уве-
ренно диагностировать метеоритные кратеры, но их внешние приметы у
древних кратеров могут быть размыты.
На территории России, Украины и Казахстана к настоящему времени
выявлено более 20 структур данного типа. Из них особенно крупными
размерами выделяются Попигайская на севере Сибири и Карская на за-
падном побережье Карского моря. Попигайская астроблема, впервые опи-
санная в качестве таковой В.Л. Масайтисом и др. [1976], является вооб-
ще одной из крупнейших импактных структур из известных в мире. Она
имеет в диаметре более 120 км и выражена в рельефе понижением глуби-
ны до 200-400 м. Мощность импактитов в центре кратера достигает
2-2,5 км. Среди них встречены мелкие алмазы, не получившие, однако,
практического применения. Попигайская астроблема образовалась около
30 млн. лет назад. Карская астроблема имеет в поперечнике 140 км, т.е.
еще больше Попигайской, ее возраст около 65 млн. лет.
За рубежом наиболее известны Аризонский кратер в США и Рисский
в Германии. Аризонский кратер образовался в плиоцене и поэтому очень
хорошо сохранил свою форму. Он представляет собой воронку глубиной
180 м при диаметре 1,2 км, окруженную валом высотой 30-60 м. Мощ-
ность ударной брекчии составляет до 100 м, а раздробление вмещающих
кратер пород распространяется до глубины 170 м.
Одной из наиболее интересных и спорных кольцевых структур мира
является крупная структура Сёдбери в южной части Канадского щита.
Она расположена к северу от оз. Гурон, на стыке двух “провинций”
Канадского щита - архейской Сьюпириор (оз. Верхнего) и раннепро-
терозойской Южной (Пенокийской). Структура имеет овальную форму
(59x27 км) с осью, вытянутой в северо-восточном направлении, в общем
параллельно положению границы этих провинций, располагаясь почти
250
Глава 15
Рис. 40. Структура Сёдбери, распространение брекчий
(по Дресслеру, из работы [Lowman, 1992])
1 - разломы; 2 - краевой разлом Гренвильского фронта; 3 - границы внешней
зоны интенсивного брекчирования; 4 - крупные тела брекчий
целиком в пределах наиболее древней из них (рис. 40). Центральная часть
структуры занята изверженным комплексом Сёдбери, состоящим из но-
ритов и гранофиров, который отличается повышенным содержанием ни-
келя и меди, в основном в виде сульфидов, и с 1880 г. служит важным
источником добычи этих металлов. Изверженный комплекс перекрыт
брекчиями и породами, рассматриваемыми некоторыми исследователя-
ми как продукты плавления. Они локально прорваны гранофирами. Под-
стилается изверженный комплекс также брекчиями до 150 м мощностью,
часто рудосодержащими, со следами ударного (“шокового”) и термаль-
ного метаморфизма вмещающих пород, и псевдотахилитами.
Внутренняя структура “бассейна” Сёдбери несет следы интенсивных
последующих деформаций. Они выражаются в складчатости и развитии
надвигов северной вергентности. На рубеже 1220 млн. лет структура Сёд-
бери была интрудирована роем диабазовых даек северо-западного про-
стирания, а 37 млн. лет назад на восточном окончании структуры образо-
валось уже бесспорно метеоритно-кратерное озеро Ванапитей, сильно
уступающее по размерам структуре Сёдбери.
Первое предположение об импактном происхождении структуры Сёд-
бери и о том, что она является земным аналогом лунных морей, было
Загадки кольцевых структур
251
высказано Р. Дитцем в 1972 г. [Dietz, 1972]. По поводу его рукописи ре-
цензент заметил следующее: “Если вы хотите публиковать эту бессмыс-
лицу (nonsense), сделайте это (go ahead)”. Спустя менее чем 10 лет другой
автор - Ги-Брэй назвал гипотезу Р. Дитца “блестящим интеллектуаль-
ным подвигом” (цит. по: [Lowman, 1992]). Так или иначе, гипотеза
Р. Дитца ярко продемонстрировала влияние космических исследований
на развитие геологических концепций и взаимное оплодотворение идей,
относящихся к разным, областям знаний [там же]. Она способствовала
постановке специальных геофизических (сейсмических, радарных) ис-
следований; в настоящее время в Сёдбери запланировано бурение глубо-
кой скважины.
Между тем полемика вокруг происхождения структуры Сёдбери не
затихает. При этом надо напомнить, что еще до выдвижения импактной
гипотезы, в 1957 г., Вильямс выступил с вулканической гипотезой про-
исхождения этой структуры, высказав мысль, что ее риолитовые вулка-
ниты - продукт извержения “палящих туч” типа Мон-Пеле, за которым
последовало обрушение кальдеры вследствие опустошения магматиче-
ской камеры.
Однако уже после публикации Р. Дитца в поддержку его идеи были
приведены аналогии структуры Сёдбери со сходными структурами на
Луне и Марсе, также имеющими не округлую, а эллиптическую форму,
очевидно в связи с косым направлением удара. Некоторое влияние могла
иметь и региональная структура. Между тем по своим размерам Сёдбери
явно уступает лунным морям. Имеются и существенные различия в со-
ставе выполняющих ее пород и типичных для лунных морей. Но некото-
рые из последних были местами послеимпактной магматической актив-
ности. Соответственно они заполнялись продуктами как импактного плав-
ления, так и послеимпактного магматизма, что делает их близкими
аналогами Сёдбери. Тем не менее остается ряд нерешенных вопросов:
1) какова доля импактного расплава и послеимпактных магматитов в вы-
полнении этой структуры; 2) какое отношение образование рудных зале-
жей Сёдбери имеет к предполагаемому импакту, поскольку такие руды
характерны и для явно неимпактных стратиморфных интрузивов основ-
ного-ультраосновного состава; 3) какова глубинная структура извержен-
ного комплекса, тем более что магнитная аномалия выходит за его преде-
лы; 4) в какой мере современные размеры и форма структуры отвечают
их первоначальной конфигурации (то, что они различаются, представля-
ется несомненным).
252
Глава 15
Несмотря на все эти сомнения, большинство исследователей, по сви-
детельству П. Лоумена [Lowman, 1992], склоняются к импактной гипоте-
зе. Основное ее достоинство усматривается в том, что она наметила связь
между исследованиями земных и космических, в частности лунных,
объектов.
Другая, не менее знаменитая кольцевая структура - Фредефортский
купол - расположена в Южной Африке, в пределах Каапвальского эокра-
тона. Она рассматривается как крупнейшая и древнейшая (2 млрд, лет)
импактная структура на Земле. Фредефортский купол состоит из высоко
приподнятого ранне- и среднеархейского (возраст до 3,54 млрд, лет) кри-
сталлического ядра, окруженного оторочкой из верхнеархейских пород
супергрупп Витватерсранд и Вентерсдорп с минимальным возрастом
2,71 млрд. лет. Эти породы залегают вертикально, что расссмагривается
как результат последующих деформаций, а в некотором удалении от ку-
пола они приобретают субгоризонтальное положение.
Обнаженный разрез Фредефортского купола создает уникальную воз-
можность получить полное сечение архейской литосферы [De Wit et
al., 1992] Каапвальского эократона, обнаруживающее взаимоналожение
нескольких тектонических пластин. В видимом основании разреза (см.
рис. 39) залегают ультрамафиты (гарцбургиты) с Rb/Sr и Sm/Nd возра-
стом более 2,9 млрд. лет. Выше располагается сложный комплекс основ-
ных и кислых гранулитов, включая чарнокиты, эндербиты и ксенолиты
мафического состава. Возраст этого комплекса, по разным оценкам, со-
ставляет 3,54-2,83 млрд. лет. Он отделен горизонтальным тектониче-
ским контактом, датированным Sm/Nd методом в 2,47 млрд, лет, от гра-
нито-гнейсового комплекса амфиболитовой фации с возрастом 3,12-
3,07 млрд. лет. Последний, в свою очередь, несогласно перекрывается
осадочно-вулканогенным чехлом супергрупп Ватватерсранд и Вентер-
сдорп, датированных соответственно 2,91 и 2,71 млрд, лет (U/Pb метод).
Время тектонического совмещения трех нижних комплексов оценивает-
ся между 2,8 и 2,5 млрд, лет, а время образования Фредефортского купо-
ла - в 2 млрд. лет. Дополнительным доказательством импактного проис-
хождения купола служит недавнее обнаружение здесь коэсита и стишо-
вита, а также шокового кварца.
В общем в отношении структур Сёдбери и Фредефорт, а также ряда
других полемика “импактистов” и “вулканистов” продолжается, в том
числе и в нашей стране, где к последним принадлежат ряд крупных уче-
ных: П.Н. Кропоткин, А.А. Маракушев, Е.Е. Милановский. Для сторон-
Загадки кольцевых структур
253
ников первой концепции решающим доводом является обнаружение если
не самого метеоритного вещества, то по крайней мере шоковых минера-
лов, конусов разрушения. Приверженцы второй концепции отмечают при-
уроченность предполагаемых астроблем к разломам, особенно к их пере-
сечениям, и нередкую пространственную связь этих структур с типич-
ными трубками взрыва. Ярким примером такой связи являются кратеры
Рис и Штейнхейм, а также диатремовое поле Урах в Южной Германии,
расположенные на плато Швабский Альб на одной линии протяжен-
ностью 100 км. Многие исследователи считают кратеры типично метео-
ритными.
В связи с этими противоречиями определенный интерес представля-
ет оригинальная, даже экзотичная гипотеза, производная от импактной,
предложенная петербургским геологом К.К. Хазановичем-Вульфом [1991].
Он, в частности, указывает, что слабым местом представлений “вулка-
нистов” является газовый механизм взрывного процесса, поскольку он
требует образования в земных недрах огромных резервуаров газов. Что-
бы избежать этой трудности и одновременно объяснить связь с астробле-
мами диатремовых полей, ориентированных вдоль полос, образующих
как бы шлейф астроблем, К.К. Хазанович-Вульф предлагает следующую
версию: “Вхождение в атмосферу Земли крупного метеорного тела со-
провождается накоплением на его поверхности электрических зарядов,
индуцирующих на земной поверности “пятно напряженности”, которое
перемещается вместе с телом по его траектории. Наведенный заряд на
поверхности Земли, в свою очередь, инициирует из недр планеты элект-
рические разряды, образующие пробойные полости в земной коре. При
снижении болида наступает момент, когда происходит лавинный разряд
между ним и поверхностью Земли, в результате чего в земной коре также
будет индуцироваться разряд”. Такова суть модели, которую ее автор
называет космогенно-электроразрядной. В отношении же физики это-
го процесса он ссылается на исследования покойного томского физика
А. А. Воробьева.
В связи со все той же полемикой между “импактистами” и “вулкани-
стами”, а также с тем обстоятельством, что для ряда спорных кольцевых
структур подобной морфологии многие исследователи предполагают весь-
ма глубинный генезис, вплоть до границы между мантией и ядром, что
совпадает с представлением о мантийных струях-плюмах, небезынтерес-
но остановиться на некоторых оригинальных производных этих пред-
ставлений, распространяющих их не только на твердую оболочку Земли,
254
Глава 15
но и на атмосферу и гидросферу. Речь идет о работах русского ученого
Э.В. Бородзича [1980], развивающего идею о короткоживущих, но по-
вторных подкоровых локальных возмущениях (КПЛВ), воздействующих
на барическое поле атмосферы и соответственно на распределение об-
лачности, с одной стороны, и на положение пьезометрических уровней
подземной гидросферы - с другой. Характерные параметры КПЛВ, по
Э.В. Бородзичу, - размеры (27=10-5 м), время (7=10-5 с), глубины зарожде-
ния (Я=105 м). Соответственно эти возмущения занимают по своим мас-
штабам промежуточное положение между сейсмическими и собственно
тектоническими (по Э.В. Бородзичу, эпейрогеническими) движениями.
Первые являются по отношению к ним более высокочастотными, а вто-
рые - более низкочастотными. Э.В. Бородзич описываемые им КПЛВ
связывает с “изменениями плотности вещества в мантийных каналах,
локализованными знакопеременными вертикальными смещениями
коры”. Не вдаваясь в обсуждение самого этого гипотетического, но от-
нюдь не абсурдного предположения, отметим, что следствиями такого
процесса могут быть реально наблюдаемые и нередко рассматриваемые
в качестве одного из предвестников землетрясений заметные, неред-
ко измеряемые метрами, изменения уровня грунтовых вод в скважинах,
а также подмеченные при наблюдениях из космоса отклонения уровня
океана.
Еще более любопытной и уж совершенно неожиданной кажется при-
уроченность к некоторым кольцевым структурам устойчиво-повторяю-
щихся облачных образований. Как предполагает Э.В. Бородзич, механиз-
мом, реагирующим в данном случае на вариации поля силы тяжести,
может служить концентрация в атмосфере аэрозоля. Увеличение концен-
трации аэрозоля должно вести к усилению конденсации водяного пара,
его превращению в воду или воды в лед с выделением тепла, с повыше-
нием температуры воздуха, понижением его плотности, всплыванием
соответствующего слоя, понижением давления под этим слоем и подто-
ком под него воздушных масс с периферии. Подъем поверхности над МВТ
будет иметь обратный эффект, создавая локальный барический макси-
мум и стимулируя антициклоническую деятельность.
Таким образом, обсуждение проблемы происхождения кольцевых
структур выводит нас на более крупную проблему взаимодействия обо-
лочек Земли, включая внешние оболочки, одевающие твердую планету.
Из выделенных в настоящей главе типов кольцевых структур один
тип - импактные кратеры - астроблемы, продолжает привлекать к себе
Загадки кольцевых структур
255
повышенное внимание. Это относится, в частности, к таким известным
древнейшим астроблемам, как Фредефорт (Южная Африка) и Сёдбери
(Канада).
Фредефортской астроблеме, с возрастом ~2,0 млрд, лет, посвящено
обстоятельное исследование южноафриканских геологов [Brink et al.,
1997], основанное на синтезе данных геологического картирования, бу-
рения и геофизики. В итоге ими была предложена модель образования и
дальнейшей истории этой структуры, воспроизводимая на рисунке 41.
Кроме того, почти в центре структуры была установлена интенсивная
магнитная аномалия, предположительно связанная с разогревом пород
архейского фундамента и их ремагнетизацией [Hart et al., 1995].
Что касается Сёдбери с возрастом 1,85 млрд, лет, то накопленный
материал был обобщен в статье немецких исследователей [Deutsch et al.,
1995], в которой учитываются и последующие тектонические деформа-
ции этой структуры. Их представления о ее образовании можно видеть
на рисунке 42. Интерес вызывает и обнаружение в брекчии фуллеренов
(С60 и С70) - разновидностей углерода, образующихся при высоких тем-
пературах и давлениях [Becker et al., 1994].
О фанерозойских астроблемах речь уже частично шла в главе 11 в
связи с проблемой массовых вымираний живых организмов. В хроноло-
гической последовательности напомним об открытии астроблем на гра-
нице перми и триаса, триаса и юры, юры и мела, мела и палеогена, эоце-
на и олигоцена. Заслуживает специального упоминания недавнее откры-
тие в Баренцевом море, на глубине 350-400 м кратера Мьёлнир (Mjolnir)
диаметром 40 км. Его ударное происхождение однозначно доказывается
присутствием шокового кварца и интенсивной иридиевой аномалии. Воз-
раст предположительно на границе юры и мела [Dypvik et al., 1996].
В заключение остановимся на посмертной статье новосибирского
ученого Э.П. Изоха [1997], в которой наиболее подробно излагается его
гипотеза происхождения австрало-азиатских тектитов, связывающая их
появление со столкновением с Землей так называемой эруптивной коме-
ты, родиной которой могло быть “какое-то удаленное планетное тело”.
Столкновение с этой кометой, по мнению Э.П. Изоха, возможно, было
ответственным за резкие климатические и экологические изменения, про-
изошедшие на Земле 10 тыс. лет т.н., на рубеже плейстоцена и голоцена.
Следует заметить, что Австрало-Азиатское поле распространения тек-
титов, самое крупное на Земле и самое молодое по возрасту, не является
единственным. Существуют и другие такие поля, из которых самым древ-
256
Глава 15
фации
I
кольцо 2
образованием листрических сбросов.
Рис. 41. Идеализированная модель эволюции Фредефортской структуры
[Brink et al., 1997]
ним является Северо-Американское, возраст которого, 35,4 млн. лет, со-
впадает с возрастом недавно обнаруженного в Чезапикском заливе Ат-
лантики импактного кратера. Поэтому, на взгляд автора, не исключено,
Рис. 42. Геологическое строение Сёдбери [Deutsch et al., 1995]
а - схематическая карта района; б - упрощенные геологические профили этой структуры. На карте черным показано
распространение шоковых индикаторов, темно-серым - конусов дробления (shatter cones), вертикальной штриховкой - зона с
обильной брекчией; треугольниками - предполагаемый внешний контур модифицированного кратера. На профилях изображе-
на структура после коллапса временной пустоты и модификации кратера встречным подъемом и изостатическим выравнивани-
ем, но до деформации и надвигообразования. Точками показана супергруппа Гурон, белым - породы верхней коры, крестиками
- предположительная нижняя кора, треугольниками - брекчия Онапинг, горизонтальными черточками - постимпактные осад-
ки в центральном бассейне Сёдбери, внедрившиеся вдоль брекчированного основания модифицированного импактного крате-
ра; черным - импактный расплав, образованный за счет архейских пород
Загадки кольцевых структур
258
Глава 15
что к этим тектитам применительна другая гипотеза их образования - из
импактного расплава, хотя возможно и их непосредственное происхож-
дение из материала той же кометы, которой обязана своим образованием
Чезапикская астроблема, а равно и одновозрастная ей Попигайская. Оба
варианта происхождения тектитов могут быть приложены и к стеклян-
ным сферулам, обнаруженным на других стратиграфических уровнях и
считающихся аналогичными тектитам (подробнее см. гл. 11).
ЛИТЕРАТУРА
Аплонов С.В. Устрицкий В.И. Остаточные океанические бассейны//Докл.
АН СССР. 1991. Т. 316, № 2. С. 425-428
Богданова С.В. Земная кора Русской плиты в раннем докембрии. М.: На-
ука, 1986. 222 с.
Бородзич Э.В., Еремеев А.Н., Яницкий И.Н. Механизм формирования
избыточного давления в литосфере И Докл. АН СССР. 1980. Т 253,
№5. С. 1199-1202
Гинтов О.Б. Структура континентальной земной коры на ранних стади-
ях ее развития. Киев: Наукова думка, 1978. 163 с.
Глуховский М.З., Павловский Е.В. Кольцевые структуры ранних этапов
развития Земли И Сравнительная планетология. М.: Наука. 1984.
С. 65-74. (XXVII Междунар. геол, конгр.: Докл. сов. геологов; Т. 19).
Изох Э.П. Австрало-азиатские тектиты и глобальная катастрофа около
10.000 лет тому назад, вызванная столкновением Земли с кометой //
Геол: и геоф. 1997. N 3. С. 628-660
Масайтис В.Л., Михайлов М.В., Селивановская ТВ. Попигайский метео-
ритный кратер. М.: Наука, 1976. 123 с.
Салоп Л.И. Геологическое развитие Земли в докембрии. Л.: Недра, 1982.
343 с.
Тычков С.А. Конвекция в мантии и динамика платформенных областей.
Неовосибирск: Наука, 1984. 95 с.
Фельдман В.И. Петрология импактитов. М.: МГУ, 1990. 298 с.
Хазанович-Вульф К.К. Космогенная модель становления и размещения
диатрем и вопросы металлогении кимберлитов И Докл. АН СССР.
1991. Т. 319, № 6. С. 1409-1412
ШатскийН.С. Основные черты строения и развития Восточно-Европей-
ской платформы И Изв. АН СССР. Сер. геол. 1946. № 1. С. 5-62
ШевыревЛ.Т. Тектоническое развитие Воронежской антеклизы в неогее
// Изв. вузов. Геология и разведка. 1988. № 1. С. 47-58
Загадки кольцевых структур
259
Becker L., Bada J.L., Winnans R.E. et al. Fullerenes in the 1,85 billion-year-
old Sudbury impact structure И Science. 1994. Vol. 265. P. 642-647
Brink M.C., Wanders F.B., BisschoffA.A. Vredefort: a model for the anatomy
of an astrobleme // Tectonophysics. 1997. Vol. 270. P. 83-114
Deutsch A., Grieve R.A.F., Avermann M. et al. The Sudbury structure (Ontario,
Canada): a tectonically deformed multi-ring impact basin // Geol. Rundsch.
1995. Vol. 84. P. 697-709
De Wit M.J., Roering C., Hart R.J. et al. Formation of an Archaean continent
//Nature. 1992. Vol. 357. P. 553-559
Dietz R.S. Sudbury structure as astroblem //J. Geol. 1972. Vol. 72. N 4. P. 414-
434
DypvikH, Gudlaugsson S.T., Tsikalos F. et al. Mjolnir structure: An impact
crater in the Barents Sea // Geology. 1996. Vol. 24. N 9. P. 779-782
Goodwin A.M. Rooted Precambrian ring-shields: Growth, alingment and
oscillation // Amer. J. Sci. 1985. Vol. 285. P. 481-531
Hart R.J., Hargraves R.B., Andreoli M.A. et al. Magnetic anomaly near the
center of the Vredefort structure: implications for impact related magnetic
signature H Geology. 1995. Vol. 23. N 3. P. 277-280
Hsu K.J. Catastrophic extinctions and the inevitability of the improbable I I J.
Geol. Soc. 1989. Vol. 146, N 5. P. 749-754
Liu Han-Shou. Connection generated stress field and intraplate volcanism //
Tectonophysics. 1980. Vol. 40. N1. P. 25-32
Lowman RD. The Sudbury structure as a terrestrial mare basin // Rev. Geophys.
1992. Vol. 30, N 3. P.227-243
McGregor A.M. Some milestones in the Precambrian of Southern Rhodesia //
Proc. Geol. Soc. S. Afr. 1951. Vol. 54. P. 27-71
Глава 16
ПРОБЛЕМЫ РИФТОГЕНЕЗА
Хотя молодые рифтовые структуры континентов - Рейнский грабен,
Восточно-Африканская рифтовая система, были выделены еще в самом
конце XIX века, и сам термин “рифт” тогда же появился в геологической
литературе, а вскоре к этой же категории был отнесен и Байкал, они дол-
го, вплоть до 60-ых годов прошлого века, рассматривались как относи-
тельно экзотическая особенность новейшего этапа развития Земли. От-
крытие в конце 50-ых годов мировой системы срединноокеанских хреб-
тов и осложняющих их рифтов показало, что подобные структуры
характерны не только для континентов, но и для океанов, а последовав-
шее чуть позже обнаружение на Русской плите погребенных древних риф-
тов- авлакогенов заставило признать, что проявления рифтинга были ха-
рактерны и для довольно отдаленных геологических эпох. Однако осоз-
нание принадлежности молодых рифтов и авлакогенов к одному типу
структур растяжения земной коры пришло не сразу - автор этих строк
помнит, как подобное утверждение с его стороны на заседании Отделе-
ния наук о Земле АН СССР в конце 60-ых годов встретило одобрение
лишь со стороны А.В. Пейве и критику других участников этого заседа-
ния. Публикация статей [Грачев, Федоровский, 1970; Хайн, 1976; Разва-
ляев, Поникаров, 1982] положила конец сомнениям по этому поводу.
В общем же к концу 70-ых годов стало окончательно ясно, что явление
рифтогенеза имеет не меньшее значение в развитии Земли, чем орогенез,
и что они составляют как бы две стороны одной медали. Стало выяснять-
ся также, что процессы рифтогенеза проявлялись на протяжении двух
третей всей истории Земли начиная с позднего архея, когда на Каапва-
альском эократоне в Южной Африке появились рифты, создавшие бас-
сейны Понгола, а затем Витватерсранд.
Проблемы рифтогенеза
261
С этого времени рифтогенез стал предметом интенсивного изучения
как в национальном, так и в международном масштабе. В нашей стране
были изданы монографии Е.Е. Милановского [1983, 1987], Е.Г. Мирли-
на [1985], В.Г. Казьмина [1987], А.Ф. Грачева [1987], А.В. Разваляева
[1988]. В 1992 г. был опубликован капитальный сборник “Geodynamics
of rifting”, объединивший три выпуска журнала “Tectonophysics” под об-
щей редакцией П. Циглера [Kuzhnir, Ziegler, 1992] - ведущего зарубеж-
ного специалиста в этой области. Этот труд содержит богатый материал
по рифтам почти всех континентов Земли. На протяжении 90-ых годов
поток публикаций по рифтовой тематике не иссякал1, поскольку продол-
жалось изучение, в том числе геофизическое, многих рифтовых систем,
и ряд сторон процесса рифтогенеза оставался дискуссионным.
Каковы же эти проблемы? Это, прежде всего, особенности внутрен-
ней структуры рифтов, их архитектуры. Далее, это проблема глубинного
строения рифтов, на уровне низов коры и литосферной мантии. Затем
важнейшая проблема первопричины рифтинга, различий между так на-
зываемыми пассивным и активным рифтингом. Особая проблема - риф-
тинг, магматизм и метаморфизм, поскольку они часто тесно переплета-
ются. И, наконец, минерагения, связанная с рифтингом. Кратко рассмот-
рим эти проблемы.
В отношении внутренней структуры рифтов предложено две основ-
ных модели - модель симметричного рифта Д. Мак Кензи [Me Kenzie,
1978], известная еще как модель чистого сдвига (pure shear), и модель
асимметричного рифта, или простого сдвига (simple shear), предложен-
ная Б. Вернике [Wernicke, 1985] на конкретном примере области Бассей-
нов и Хребтов в Северо-Американских Кордильерах. В модели Д. Мак
Кензи плечи рифта симметрично ступенчато погружаются к его оси; сту-
пени разделяются наклоненными к оси листрическкими, т.е. выполажи-
вающимися с глубиной сбросами. В модели Б. Вернике по одну сторону
рифта простирается поверхность срыва (detachment), которая полого по-
гружается и одновременно выполаживается к его оси. С другой стороны
к ней прислонены наклоненные в ее сторону и разделенные падающими
в эту же сторону сбросами блоки консолидированной коры, между кото-
рыми находятся полуграбены, заполненные синрифтовыми осадками и
вулканитами. Предложены и гибридные модели рифтов.
1 В частности, только что вышла из печати капитальная монография “Океанский
рифтогенез” Е.П. Дубинина и С.А. Ушакова [2001].
262
Глава 16
В природе, скорее всего в зависимости от строения и реологических
свойств дорифтового субстрата, реализуются обе основные модели риф-
тинга. Это хорошо показали результаты комплексных исследований ри-
фейских рифтов Русской плиты [Kostyuchenko et al., 1999]. Среди них
оказались представленными как симметричные, так и асимметричные
разновидности. Предполагается связь поверхностей срыва в последних
с более древними, палеопротерозойскими сутурами.
Исследователи континентальных окраин Центральной Атлантики -
американской, африканской и иберийской - предполагают, что рифтинг,
развивавшийся здесь до спрединга, происходил по схеме Б. Вернике,
с образованием поверхностей срыва, наклоненных к будущему океану
(но, значит, симметрично!).
Особенно интересна ситуация, обнаруженная на иберийской окраи-
не, где в основании испытавшей растяжение континентальной коры об-
разовался, вероятно за счет проникновения по разломам поверхностной
воды, серпентинитовый слой, выходящий на поверхность дна в прилега-
ющей части океана и послуживший, очевидно, основанием поверхности
срыва. Между тем бразильские ученые предложили модель раскрытия
Южной Атлантики, вполне отвечающую схеме Д. Мак Кензи. Это еще
раз показывает, что рифты могут развиваться как по одной, так и по дру-
гой схеме.
Отметим, вместе с тем, что модель Б. Вернике была применена для
интерпретации раскрытия в юре Пьемонтского бассейна в Альпах
[Froitzheim, Eberli, 1990] и бассейна южного склона Большого Кавказа
[Ломизе, 1995].
Еще одно важное обстоятельство заслуживает внимания. Во многих
случаях обнаруживается, что помимо растяжения, перпендикулярного оси
рифта, в его образовании участвует и сдвиговая компонента. Это означа-
ет, что данный рифт относится к категории pull-apart. Таковым оказал-
ся, в частности, грабен озера Байкал; такую же природу имеют грабены
Мертвого, Мраморного морей и Северо-Эгейский; оба последних возник-
ли вдоль Северо-Анатолийского сдвига - границы Евразийской и Анато-
лийской литосферных плит.
Следующая проблема касается механизма, обусловливающего погру-
жение рифтовой впадины. Три фактора здесь очевидны - это, во-первых,
опускание дна рифта в связи с растяжением [Buck, 1991], во-вторых, на-
грузка заполняющих впадину осадков и, в-третьих, общее охлаждение
коры и литосферы в целом после начала рифтинга. Учет этих факторов
Проблемы рифтогенеза
263
позволяет довольно успешно моделировать развитие рифтов, но при этом
нередко обнаруживается, что реальный масштаб погружения превосхо-
дит тот, который получается при подобном моделировании. Это застав-
ляет предполагать действие по крайней мере еще одного фактора. Тако-
вым, по мнению исследователей, может являться магматизм и/или мета-
морфизм. Предложено две версии влияния этих процессов. Обе версии
исходят из того, что кора и литосфера под рифтами утонена и в их осно-
вании находится выступ астеносферы - “мантийный диапир”.
Согласно одной из версий, предложенной Е.В. Артюшковым [1993],
нижняя кора, имеющая преимущественно основной состав, при своем
погружении и под влиянием повышенного теплового потока и флюидов,
исходящих из мантийного диапира, испытывает метаморфизм, превра-
щаясь в эклогит и/или основной гранулит. Последние, обладая повышен-
ной плотностью, погружается в мантию, вызывая общее и притом быст-
рое опускание дна рифта.
Во второй версии, разработанной Л.И. Лобковским [1993], принима-
ется, что в вершине астеносферного выступа под влиянием декомпрес-
сии, вызванной началом рифтинга, происходит частичное плавление с
образованием базальтового расплава. Последний затем испытывает ох-
лаждение и превращается в эклогит, который тонет в нижележащей асте-
носфере, что и вызывает дополнительное погружение дна рифта.
Вариант Л.И. Лобковского представляется предпочтительным, по-
скольку в нем допускается, что процесс эклогитизации начинается на
большей глубине, следовательно при более высоких температуре и дав-
лении, не требуя обязательного участия флюидов (хотя таковое и не ис-
ключено). Однако, скорее всего, в природе могут реализоваться обе мо-
дели - Л.И. Лобковского в случае узких рифтов и малого растяжения,
Е.В. Артюшкова в случае широких рифтов и значительного растяжения
(см. ниже, о метаморфизме).
Теперь о проблеме пассивного и активного рифтинга. Эти понятия
были предложены в работе [SengOr, Burke, 1978] и приобрели определен-
ную популярность. В концепции пассивного рифтинга предполагается,
что рифтинг начинается сверху, с раскола коры и литосферы под влияни-
ем внутриплитного растяжения. Он может сопровождаться, но не обяза-
тельно, утонением литосферы и подъемом вследствие декомпрессии ас-
теносферного выступа - мантийного диапира. В концепции активного
рифтинга его первопричиной считается именно подъем мантийного диа-
пира, который может являться головной частью мантийного плюма.
264
Глава 16
Данная проблема уже неоднократно обсуждалась в литературе и, в
частности, в работах [Khain, 1992; Kusznir, Ziegler, 1992; Леонов, 2001].
В этих работах предпочтение отдается пассивной модели и приводится
соответствующая аргументация. Представляется, что самым главным
аргументом может служить существование протяженных и нередко дли-
тельно развивающихся рифтовых систем, часто закономерно ориенти-
рованных относительно границ литосферных плит, а именно - парал-
лельно или перпендикулярно этим границам (системы Припятско-Днеп-
ровско-Донецкая, Восточно-Азиатская, Восточно-Африканская, Мидкон-
тинента США, Западно-Европейская) и/или наследующих сутурные зоны
фундамента. Вообразить подобное размещение астеносферных апвеллин-
гов и их длительное действие просто невозможно.
Вместе с тем следует учитывать, что процесс рифтогенеза имеет оп-
ределенные глубинные предпосылки. История позднепалеозойской-ран-
немезозойской Пангеи и более ранних суперконтинентов, существовав-
ших в протерозое, показывает, что рифтинг особенно широко и во мно-
гом синхронно проявлялся в периоды, предшествовавшие распаду этих
суперконтинентов (см., напр., [Казьмин, 1987]). Этот факт находит себе
достаточно логичное объяснение. Как давно отметил Д. Андерсон
[Anderson, 1982], образование суперконтинента означает возникновение
толстой слаботеплопроводной литосферной покрышки (blanket) над ас-
теносферной мантией, влекущее за собой экранирование глубинного теп-
лового потока, накопление тепла, дополнительное плавление астеносфе-
ры и, в конечном счете, формирование под литосферой слоя базальтового
расплава - явление, получившее название underplating. Если при этом
литосфера подвергнется рифтовому раскалыванию, то, естественно, этот
расплав может внедриться в рифтовыые “щели” и дать начало интрузив-
ному магматизму, очевидно толеитового состава.
Но процесс может носить и более глубинный характер. Образование
суперконтинента закономерно сопровождается возникновением по его
периферии более или менее непрерывного кольца зон субдукции, уходя-
щих под этот суперконтинент. Погружение субдуцируемых “слэбов”, цен-
тростремительное по отношению к суперконтиненту, должно провоци-
ровать, достигая границы верхней и нижней мантии или даже мантии и
ядра, образованние под его центральной частью мощного мантийного
плюма или, во втором случае, суперплюма, достигающего подршвы ли-
тосферы и могущего “расплыться” под ней, подобно отмеченному выше
астеносферному underplating’y. В отличие от последнего, магма, проду-
Проблемы рифтогенеза
265
цированная плюмом, должна иметь щелочно-базальтоидный состав. Она
опять же оказывается способной внедриться в “щели”, порожденные пас-
сивным рифтингом. Так себе представляют этот процесс современные
исследователи Восточно-Африканской рифтовой системы [Davies, 1998].
Последний пример показывает, что подобный процесс может наблю-
даться не только в пределах суперконтинента, но и крупных его конти-
нентальных фрагментов.
Вполне возможно, что его предвестниками могут служить небольшие
по масштабу, но широко разбросанные по площади магматические вне-
дрения, возникающие еще до начала рифтинга и дающие основание не-
которым исследователям [Разваляев, 1988; Грачев, Девяткин, 1977] вы-
делять предрифтовую стадию.
Внедрение магмы в основание рифтовых грабенов придает дальней-
шему развитию процесса рифтинга новое качество. Он не только может
способствовать метаморфизму пород нижней коры, который С.Н. Ива-
нов [1998] назвал “шейковым метаморфизмом”, (подробнее - см. ниже),
но и начинает играть определенную роль в дальнейшем раскрытии риф-
товой структуры. Иначе говоря, пассивный рифтинг начинает переходить
в активный. Недавно такой переход был подробно смоделирован в рабо-
те [Huismans et al., 2001]. Однако следует признать, что подлинно актив-
ный рифтинг свойствен только зонам спрединга срединноокеанских хреб-
тов или их аналогам в окраинных морях.
Проявления магматизма, связанные с континентальными рифтами,
весьма разнообразны по масштабу и отчасти по составу. Существуют
почти “сухие” рифты, лишенные или почти лишенные таких проявле-
ний, и существуют другие, где они весьма внушительны [Courtillot et al.,
1999]. В той же Восточной Африке параллельно простираются две ветви
рифтовой системы, из которых Западная почти амагматична, а Восточ-
ная, напротив, характеризуется обильным магматизмом. Это различие
Е.Е. Милановский [1983] объяснил разной степенью раскрытия рифтов,
что в данном случае вполне правдоподобно. Но наиболее масштабные
проявления магматизма связаны, очевидно, с непосредственным подхо-
дом мантийного плюма, внедрившегося в рифт, к дневной поверхности.
Это наблюдалось, в частности, в районе тройного сочленения Афар в
Эфиопии и Йемене, в пределах рифта Мидконтинента США в районе
оз. Верхнего, где за какой-то миллион лет накопилась пятикилометровая
толща базальтов, и в некоторых других примерах. Но наиболее показа-
тельны в этом смысле океанские пространства, тонкая литосфера кото-
266
Глава 16
рых в наименьшей степени препятствовала достижению плюмами зем-
ной поверхности. Здесь над ними возникали крупные океанские плато
типа современной Исландии, мезозойских Онтонг-Джава, Шатского в
Тихом океане, Кергелен в Индийском и т.п., опять же образовавшиеся в
районах либо тройных сочленений осей спрединга, либо на их пересече-
нии крупными трансформными разломами.
Приуроченность многих горячих точек - головных частей плюмов -
к рифтам вполне естественна, ибо рифты представляют собой зоны по-
вышенной проницаемости коры и литосферы в целом и дают доступ ге-
нерируемой в плюмах магме к земной поверхности, чему способствует и
декомпрессия кровли астеносферы.
Особого упоминания заслуживает проблема связанного с рифтингом
регионального метаморфизма. Ей были посвящены публикации
[Wickham, Oxburgh, 1985; Sandiford, Powell, 1986; Gibson, Ireland, 1995].
В них отмечается, что в континентальных рифтах метаморфизм нижней
коры может достигать гранулитовой ступени, т.е. проявляться в условиях
высокой температуры, но низкого давления, однако лишь в тех рифтах,
которые характеризуются значительной шириной, или представлять по-
лирифтовые системы типа Бассейнов и Хребтов Северо-Американских
Кордильер с их метаморфическими ядрами. В подобных условиях мета-
морфизм может проявляться на глубинах порядка 40 км. В рифтовых зо-
нах срединноокеанских хребтов, как показали данные глубоководного
бурения и наблюдения в Исландии, метаморфизм начинается на значи-
тельно меньших глубинах, порядка первых километров.
Что касается роли рифтов в минерагении, то она чрезвычайно велика
и вполне сопоставима по масштабу с ролью зон субдукции и коллизии на
конвергентных границах плит. Здесь эту проблему можно обсудить лишь
в самой общей форме.
Важнейшие неруднвге полезные ископаемые - нефть, газ, уголь, соли
образуют крупные промышленные залежи в пределах осадочных бассей-
нов, мощность отложений в которых достигает многих километров.
А эти бассейны, как правило, формируются над рифтами, после завер-
шения фазы их активного растяжения и при охлаждении находящихся в
основании этих рифтов астеносферных выступов. Сохраняющийся еще
некоторое время повышенный тепловой поток и поток глубинных флюи-
дов способствуют, в частности, более быстрому и более полному “созре-
ванию” захороненного в осадках органического вещества и продуциро-
ванию им жидких и газообразных углеводородов, а также превращению
Проблемы рифтогенеза
267
бурых углей в каменные и антрациты. Залежи нефти частично образуют-
ся уже в синрифтовых осадках, как показывают примеры Суэцкого и Вер-
хнерейнского грабенов.
К континентальным рифтам тяготеют в своем распространении
алмазоносные кимберлиты и лампроиты, как это установлено, в частно-
сти, на Сибирской древней платформе. В переотложенном за счет размы-
ва коренных месторождений виде алмазы залегают в осадочных бассей-
нах, например в бассейне Конго. В этих же условиях находятся золото
и урановая руда в позднеархейском бассейне Витватерсранд в Южной
Африке.
С проявлениями мантийного магматизма в континентальных рифтах
связано и образование крупных расслоенных плутонов основного-ульт-
раосновного состава, вмещающих руды платиноидов, хрома, меди, вана-
дия, титана, а также интрузивные тела щелочных и щелочно-ультра-
основных пород, содержащих апатитовую и редкоэлементную минера-
лизацию.
К рифтам срединноокеанских хребтов и осей спрединга некоторых
окраинных морей, в частности в Юго-Западной Пацифике приурочены
поля гидротерм, несущих сульфидные руды железа, марганца, свинца,
цинка, меди и даже золота. Их древним аналогом являются широко рас-
пространенные, например на Урале, на Кипре, колчеданные месторожде-
ния тех же металлов, служащие важным источником их добычи.
В заключение отметим появление двух новых крупных работ, посвя-
щенных рифтогенезу [Sengor, Natalin, 2001; McClay et al., 2002]. Весь
номер журнала, в котором помещена последняя работа, содержит статьи
по рифтогенезу, но они носят более частный характер.
ЛИТЕРАТУРА
Артюшков Е.В. Физическая тектоника. М.: Наука, 1993. 456 с.
Грачев А.Ф. Рифтовые зоны Земли. 2-ое изд. М.: Недра, 1987. 287 с.
Грачев А.Ф., Девяткин Е.В. Предрифтовый тектонический режим // Раз-
ведка и охрана недр. 1977. № 1. С. 4-10
Грачев А.Ф., Федоровский В.С. О единой природе рифтов, авлакогенов и
геосинклинальных трогов // Сов. геология. 1970. № 12. С. 121-122
Дубинин Е.П., Ушаков С,А. Океанический рифтогенез. М.: ГЕОС, 2001.
292 с.
Иванов С.Н. О реологических моделях земной коры: критическое рас-
смотрение. Екатеринбург. 1998.40 с.
268
Глава 16
Казьмин В.Г. Рифтовые структуры Восточной Африки: раскол континента
и зарождение океана. М.: Наука, 1987. 205 с.
Леонов Ю.Г. Континентальный рифтогенез: современные представления,
проблемы и решения И Фундаментальные проблемы общей тектони-
ки. М.: Научный мир, 2001. С. 155-173
Лобковский Л.И., Исмаил-заде А.Т., НаймаркБ.М., Никишин А.М. Меха-
низм погружения коры и образования осадочных бассейнов И Докл.
РАН. 1993. Т. 330. № 2. С. 256-260
Ламизе М.Г. Юрский вулканизм на бортах палеобассейна Большого Кав-
каза: модель асимметричного рифтинга И Основные проблемы гео-
логического изучения и использования недр Северного Кавказа.
Ессентуки. 1995. С. 232-233
Милановский Е.Е. Рифтогенез в истории Земли (рифтогенез на древних
платформах). М.: Недра, 1983. 280 с.
Милановский Е.Е. Рифтогенез в истории Земли (рифтогенез в подвиж-
ных поясах). М.: Недра, 1987. 295 с.
Мирлин Е.Г. Раздвижение литосферных плит и рифтогенез. М.: Недра,
1985. 251 с.
Разваляев А.В. Континентальный рифтогенез и его предыстория. М.: Не-
дра, 1988. 188 с.
Разваляев А.В., Поникаров В.П. О соотношении рифтов, авлакогенов и
их структурных аналогов И Изв. вузов. Геология и разведка. 1982.
№ 5. С. 160-162
Хайн В.Е. Деструктивный тектогенез и его глобальное проявление И До-
клады сов. геологов на ХХУ сессии МГК. М.: Наука, 1976. С. 5-13
Anderson D.L. Hotspots, polar wander, Mesozoic convection and the geoid //
Nature. 1982. Vol. 297. P. 391-393
Buck W.R. Modes of continental lithosphere extension I I J. Geophys. Res. 1991.
Vol. 96. P. 20161-20178
Courtillot V., Jaupart C., Manighetti J. et al. On causal links between flood
basalts and continental breakup И Earth Planet. Sci. Lett. 1999. Vol. 166.
P. 177-195
Davies G. A channelled plume under Africa//Nature. 1998. Vol. 395. P. 743-
744
Froitzheim N., Eberli G.P. Extensional detachment faulting in the evolution of
a Tethys passive continental margin, eastern Switzerland // Geol. Soc. Am.
Bull. 1990. Vol. 102. P. 1297-1308
Проблемы рифтогенеза
269
Gibson G.M., Ireland T.R. Granulite formation during continental extension
in Fjordland, New Zealand // Nature. 1995. Vol. 375. P. 479-482
Huismans RS., Podladchikov Y.Y., Cloetingh S. Transition from passive to
active rifting: Relative importance of asthenospheric doming and passive
extension of the lithosphere // J. Geoph. Res. 2001. Vol. 106. N B6.
P. 11.271-11.299
Khain V.E. The role of the rifting in the evolution of the Earth’s crust //
Tectonophysics. 1992. Vol. 215. P. 1-7
Kostyuchenko S.L., Egorkin A. V., Solodilov L.N. Structure and genetic
mechanisms of the Precambrian rifts of the East European platform in Russia
by integrated study of the seismic gravity and magnetic data //
Tectonophysics. 1999. Vol. 113. P. 9-28
Kuzhnir N.J., Ziegler P.A. The mechanism of continental extension and
sedimentary basin formation: a simple shear/pure shear flexural cantilever
model // Tectonophysics. 1992. Vol. 215. P. 217-231
Me Clay KR„ Dooley T, Whitehouse P, Mills M. 4-D evolution of rift systems:
insight from scaled physical models // Am. Ass. Petr. Geol. Bull. 2002.
Vol. 86. N 6. P. 935-959
Me Kenzie D.P. Some remarks on the development of sedimentary basins //
Earth Planet. Sci. Lett. 1978. Vol. 40. P. 25-32
Sandiford M., Powell R. Deep crustal' metamorphism during continental
extension: modem and ancient examples // Earth Planet. Sci. Lett. 1986.
Vol. 79. P. 151-158
Sengor A.C.M., Burke К Relative timing of rifting and volcanism on Earth and
its tectonic implications // Geoph. Res. Lett. 1978. Vol. 5. P. 419-421
Sengor A.C.M., Natalin B.A. Rifts of the World // Geol. Soc. Am. Spec. Paper.
352. Boulder, Colorado. 2001.
Wernicke B. Uniform sense normal simple shear of the continental lithosphere
H Can. J. Earth Sci. 1985. Vol. 22. P. 108-125
Wickham S., Oxburgh E.R. Continental rifts as a setting for regional
metamorphism //Nature. 1985. Vol. 318. P. 330-333
Глава 17
ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ ГЛУБИННЫХ
ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Тектонические движения и деформации непосредственно обусловле-
ны механической, кинетической энергией, но эта энергия представляет
собой продукт преобразования тепловой энергии, порождающей явления
разуплотнения или уплотнения, растяжения или сжатия вещества верх-
них твердых оболочек Земли. Отсюда крылатое выражение: “Земля - это
тепловая машина”. То обстоятельство, что тепло, приводящее в действие
эту машину, поступает из глубоких недр, подтверждается возрастанием
температуры с глубиной и тем, что через поверхность твердой Земли в
окружающее пространство непрерывно выделяется тепловой поток, оце-
ниваемый в современную эпоху в 4,2x1013 Вт. Возникает естественный
вопрос: что его порождает?
До открытия радиоактивности на рубеже XIX и XX вв. внутреннее
тепло Земли, согласно космогонической гипотезе Канта-Лапласа, счи-
талось остаточным от ее первоначального огненно-жидкого состояния;
правда, при том условии, если время остывания Земли, т.е. ее возраст, не
превышало 100 млн. лет. Открытие радиоактивности и содержания есте-
ственно-радиоактивных элементов в земной коре опрокинуло эти пред-
ставления. С того времени подавляющее большинство исследователей
стали усматривать основной источник внутреннего тепла Земли в распа-
де радиоактивных элементов, и прежде всего урана, тория и калия, со-
держащихся в коре и мантии. Между тем еще в 1971 г. справедливость
подобного заключения была поставлена под сомнение О.Г. Сорохтиным
[1972]. Он высказал мысль, что не радиоактивный распад, а гравитаци-
онная дифференциация на границе мантии и ядра является главным ис-
точником разогрева Земли. В настоящее время данная точка зрения нахо-
Источники энергии глубинных геологических процессов 271
дит подтверждение в том, что реальный тепловой лоток, оценка величи-
ны которого значительно возросла после открытия интенсивного тепло-
выделения в осевых зонах срединно-океанских хребтов, т.е. вдоль осей
спрединга, намного превышает тепловой поток, генерируемый распадом
радиоактивных элементов. По подсчетам американского геофизика
В. Вакье [Vacquier, 1990], радиогенное тепло может обеспечить лишь около
одной четверти наблюдаемого теплового потока, а именно 1,14х Ю13 Вт
из4,2хЮ13Вт.
Основной запас радиоактивных элементов (около 90%) сконцентри-
рован в континентальной коре, в ее верхнем слое. Это подтверждается
очень низким выделением другого продукта радиоактивного распада в
океанах - гелия, составляющим всего 5% того количества, которое долж-
но было бы наблюдаться, если бы тепловой поток был порожден радио-
активным распадом. К тому же, если основная масса радиоактивных эле-
ментов сосредоточена в верхах континентальной коры, выделяемое ими
тепло не может играть сколько-нибудь существенной роли в более глу-
бинных тектонических процессах.
Таким образом, радиогенное тепло не является основным компонен-
том той тепловой энергии, которая затрачивается на поддержание текто-
нической и магматической активности Земли. Очевидно, существуют
другие, более важные и более глубинные ее источники. Один из них -
тепло, приобретенное Землей в период ее аккреции и частично унаследо-
ванное от протопланетного диска, который вопреки прежним представ-
лениям уже успел подвергнуться некоторому разогреву (до 1000-1200 К)
в области будущего образования Земли. В процессе самой аккреции, как
уже отмечалось в главе 1, благодаря соударению планетезималей Земля
испытала существенный разогрев, вероятно приведший на (или близ)
поверхности Земли к образованию “магматического океана”. Однако весь-
ма трудно рассчитать, какая доля этого аккреционного тепла сохрани-
лась до современной эпохи и, следовательно, какова его роль в энергети-
ческом балансе планеты.
Следующий, более мощный и, очевидно, важнейший источник вну-
треннего тепла Земли - это энергия глубинной гравитационной диффе-
ренциации, т.е. выделение тепла при перераспределении вещества Зем-
ли по плотности и при его химических и фазовых превращениях. Глав-
ным здесь является процесс разделения вещества на силикатную и ме-
таллическую или, точнее, металлизированную (скорее всего Fe2O или FeO)
части на границе мантии и ядра, в слое Д".
272
Глава 17
Впервые на ведущую роль этого процесса в глубинной дифференци-
ации Земли указали О.Г. Сорохтин [1972], а также В.А. Дубровский и
В.Л. Панькин [1972]; в настоящее время она стала практически обще-
признанной. Причем начало дифференциации, по современным представ-
лениям, относится уже ко времени завершения аккреции, если даже не
совпадает с ним, т.е. аккреционный разогрев Земли непосредственно сме-
няется дифференциационным. Вместе с тем считается, что наиболее энер-
гично эта дифференциация протекала в раннем докембрии, точнее, в ар-
хее, до рубежа 2,8-2,5 млрд, лет т.н., когда могло произойти ее резкое
усиление в связи с выделением внутреннего ядра. Затем интенсивность
дифференциации заметно снизилась и продолжала снижаться, хотя не
монотонно, а с некоторыми остановками и даже обратными повышения-
ми, вплоть до современной эпохи. Обо всем этом можно косвенно судить
по темпам роста континентальной коры.
Но граница мантии и ядра - не единственный уровень гравитацион-
ной дифференциации. Более глубинным уровнем может являться грани-
ца внешнего и внутреннего ядра, поскольку последнее состоит; скорее
всего, из “чистого” железа (с примесью никеля), а внешнее, вероятно,
содержит заметный процент таких элементов, как кислород, сера, крем-
ний. Соответственно рост внутреннего твердого ядра, связанный с веко-
вым охлаждением Земли, должен сопровождаться “выталкиванием” этих
легких примесей во внешнее ядро.
Другой уровень дифференциации - граница нижней и верхней ман-
тии, если между ними существует различие в химическом составе, ниж-
няя мантия сильнее обогащена железом, чем верхняя.
Еще один уровень - граница астеносферы и литосферы. Здесь проис-
ходят выплавление базальтовой фракции из перидотитового мантийного
вещества и наращивание за его счет земной коры. Но дифференциация
продолжается и в самой коре - идет образование гранитных выплавок в
нижней (или средней) коре и соответственно рост верхнего, гранито-
гнейсового слоя коры. Все эти процессы должны вносить вклад в тепло-
вой баланс Земли.
В последние годы справедливо обращается внимание на дополни-
тельный источник тепла Земли, связанный уже с внешним по отноше-
нию к ней фактором - твердыми приливами, обусловленными гравита-
ционным воздействием на Землю ее соседки Луны и в значительно мень-
шей степени Солнца. Переход кинетической приливной эйергии в тепло
происходит вследствие внутреннего трения вещества в приливных гор-
Источники энергии глубинных геологических процессов
273
бах, вслед за Луной обегающих Землю и деформирующих ее тело. По
расчетам О.Г. Сорохтина и С.А. Ушакова [1991], в настоящее время доля
приливной энергии, рассеиваемой в “твердой” Земле, не превышает 2%
всей тепловой энергии, генерируемой в ее недрах, а основная часть при-
ливной энергии выделяется в мелководных морях и значительно меньше
- в океанах и астеносфере. В данном случае речь идет о лунных прили-
вах. Что же касается солнечных, то их эффект оценивается О.Г. Сорохти-
ным и С.А. Ушаковым в 20% от эффекта лунных приливов.
Однако в геологическом прошлом, когда расстояние между Луной и
Землей было меньше, чем сейчас, роль приливного тепла в общем тепло-
вом балансе Земли была более значительной. В особенности это касает-
ся наиболее ранней стадии развития Земли, до середины архея. Допуская
почти одновременное образование Земли и Луны в отсутствие астено-
сферы на данной стадии (обе предпосылки, как говорилось, являются
спорными), О.Г. Сорохтин и С.А. Ушаков считают, что сразу после обра-
зования Луны скорость генерации приливной энергии в 13 тыс. раз пре-
вышала скорость генерации эндогенного тепла в современной Земле, а
высота приливов превышала 1 км. По мнению этих ученых, в интервале
4,6-4 млрд, лет т.н. за счет лунных приливов Земля могла дополнительно
прогреваться приблизительно на 500°С. Даже если эти цифры преувели-
чены, они все же свидетельствуют о том, что в раннем и среднем архее
тепло, генерируемое лунными приливами, представляло существенную
добавку к эндогенному теплу Земли. Положение изменилось в позднем
архее, протерозое и фанерозое в связи с увеличением расстояния между
Луной и Землей и появлением обширных эпиконтинентальных морей.
Тогда общий вклад приливного тепла в суммарный глубинный тепловой
поток уже не превышал 1-2%.
Некоторые исследователи придают лунно-солнечным приливам
еще большее значение, считая, что они могут непосредственно вызывать
крупные тектонические деформации. Так, по мнению Ю.А. Косыгина и
Л.А. Маслова [1990], с ними может быть связан западный дрейф земных
оболочек, способный трансформироваться в их вертикальные перемеще-
ния и даже в образование шарьяжей. Ю.Н. Авсюком [1993] выдвинута
интересная гипотеза, согласно которой расстояние от Луны до Земли и
соответственно интенсивность лунных приливов испытывают долгопе-
риодические изменения. В течение фанерозоя должны были смениться
три цикла прихода-ухода Луны. В свою очередь, эти периодические из-
менения сказываются и на изменениях скорости вращения Земли и мо-
Глава 17
274
гут привести к перетеканию вещества в мантии (астеносфере) и трещи-
нообразованию в коре (литосфере). Соображения Ю.Н. Авсюка представ-
ляют определенный интерес в связи с поисками объяснения периодично-
сти тектонических процессов (подробнее см. гл. 13 и 20)1.
Легко видеть, что все перечисленные выше источники внутреннего
тепла Земли должны были проявлять себя с максимальной интенсивно-
стью на самых ранних стадиях развития нашей планеты, во всяком слу-
чае в первые 2 млрд, лет, т.е. до конца архея. На протяжении всей своей
истории Земля должна была испытывать охлаждение, и если в момент ее
рождения средняя температура мантии могла быть порядка 2000°С, то в
настоящее время она составляет 1350°С. Это охлаждение должно про-
должаться и дальше, и в перспективе нашей Земле суждено превратиться
в такую же мертвую дданету как Меркурий и Марс. По расчетам
О.Г. Сорохтина и С.А. Ушакова, это должно будет произойти через 1-
1,5 млрд. лет.
Обращаясь теперь к верхним оболочкам твердой Земли, к собственно
тектоносфере, следует прежде всего указать, что помимо возмущений,
связанных с воздействием конвективных течений, генерируемых в глу-
боких недрах планеты, большую роль здесь приобретают процессы,
вызванные возникновением инверсии плотностей на границе астено-
сфера/литосфера и в самой литосфере. Одним из проявлений такой гра-
витационной неустойчивости служит мантийный, точнее астеносферный
диапиризм в основании континентальных рифтов, приводящий к их рас-
ширению, погружению и сопровождаемый магматической деятельнос-
тью; другим процессом служит формирование гранито-гнейсовых купо-
лов в связи с развитием палингенного гранитообразования в средней ча-
сти консолидированной коры.
В широком смысле формирование метаморфических ядер в складча-
тых системах (орогенах) также должно рассматриваться как проявление
глубинного диапиризма, по В.В. Белоусову [1991]. Другая форма глубин-
ного диапиризма - образование магматических, в основном гранитоид-
ных диапиров, прорывающих неметаморфизованные или слабометамор-
физованные (в зеленокаменных поясах архея) осадочно-вулканогенные
толщи и не вызывающих в них конформных деформаций.
1 Автор данной гипотезы выводит из нее и другие следствия, пытаясь объяснить
характер магнитного поля океанов, не прибегая к идее спрединга^ но эти его пост-
роения представляются сомнительными.
Источники энергии глубинных геологических процессов 275
Упомянем еще серпентинитовый диапиризм, свойственный рифто-
вым зонам и зонам трансформных разломов океанов, зонам субдукции
на периферии последних, а также древним зонам столкновения плит -
сутурам, в строении которых участвуют офиолиты. Эта форма диапириз-
ма связана с высокой пластичностью серпентинитов и их пониженной
плотностью по сравнению с породами нижней коры.
Аналогичное явление, но уже в осадочном слое коры, представляет
солянокупольный диапиризм (галокинез), обязанный низкой плотности
и высокой пластичности эвапоритовых толщ по сравнению с перекрыва-
ющими их образованиями. Несколько иной характер носит глиняный
диапиризм. В этом случае инверсия плотностей обусловлена разуплотне-
нием глинистых толщ при эпигенетическом изменении заключенного в
них органического вещества с возникновением в этих толщах аномально
высокого, превышающего литостатическое пластового давления.
Все перечисленные формы диапиризма, вызванного инверсией плот-
ностей в коре и литосфере, могут проявляться как автономно, что более
характерно для внутриплитных обстановок, в частности центральных
частей континентальных платформ, так и совместно с действием гори-
зонтально ориентированных сжимающих напряжений, типичных для
конвергентных границ плит, для зон субдукции и коллизии. В последнем
случае возникает линейная ориентировка дислокаций в отличие от изо-
метричного рисунка дислокаций первого типа, чисто диапировых.
Гравитационная энергия близ поверхности Земли может непосред-
ственно переходить в кинетическую, порождая гравитационные склад-
чатость и шарьяжи. Несомненно, что и тому и другому типу дислокаций
принадлежит лишь подчиненная роль в строении орогенов, но несом-
ненно также, что в последнее время эта роль скорее недооценивалась,
чем переоценивалась. Особенно широко распространены гравитацион-
ные шарьяжи, причем во многих случаях они являются конседиментаци-
онными и по периферии, в дистальном направлении, переходят в протя-
женные олистоплаки, включенные в мощные олистостромы. Отдельные
олистоплаки нередко достигают таких размеров (несколько квадратных
километров), что становится неясным, как их классифицировать - то ли
как шарьяжные пластины, то ли как элемент олистострома. Подобные
образования весьма эффектно и крупномасштабно проявлены в верхнем
палеозое Южного Тянь-Шаня, в миоцене Бетской Кордильеры, Рифа и
Телля в Западном Средиземноморье и в ряде других регионов, причем
чаще всего олистоплаки сложены карбонатами. Гравитационная склад-
Глава 17
276
чатость не менее масштабно выражена по северной периферии впадины
Сигсби и вдоль северо-восточной, атлантической окраины Бразилии. Она
связана с соскальзыванием верхней части осадочного чехла на конти-
нентальном склоне с соленосной толщи среднеюрского (Сигсби) или
аптского (Бразилия) возраста.
Гравитационные деформации на периферии орогенов, подобно диа-
пировым, сочетаются с тангенциальными деформациями коллизионного
происхождения. Шарьяжи, возникшие под влиянием горизонтального
сжатия, затем могут испытывать дальнейшее перемещение вниз по скло-
ну горного сооружения уже под действием силы тяжести.
Итак, энергетический баланс Земли слагается, в порядке убывания,
из тепла гравитационной дифференциации, остаточного тепла аккреции
Земли, радиогенного тепла, приливного тепла, механической энергии
гравитации, включая проявления гравитационной неустойчивости в ман-
тии и коре. По существу, роль лишь одного из этих факторов - радиоген-
ного тепла - поддается относительно строгой количественной оценке;
в отношении же остальных препятствием служит неопределенность ос-
новных параметров, их определяющих.
Завершая рассмотрение данного вопроса, необходимо упомянуть еще
один фактор, вызывающий структурные изменения в верхней части зем-
ной коры, - космогенный, а именно кратерообразующий эффект метео-
ритных бомбардировок. Действие этого фактора, как и ряда других, эн-
догенных, было наиболее значительным на ранней стадии развития Зем-
ли, но не прекратилось вплоть до современной эпохи.
Кроме четырех относительно давно известных источников внутрен-
него тепла Земли, Ф.А. Летниковым [2001] недавно предложен еще один
- трение на границах внешнего ядра Земли с мантией и внутренним твер-
дым ядром, а также между отдельными слоями внутри самого внешнего
ядра, на которое, оно, по мысли этого исследователя, разделено, при осе-
вом вращении планеты. На мой взгляд, далеко не очень компетентный,
предположение о трении на границах внешнего ядра довольно правдопо-
добно, но представление о его внутренней расслоенности сомнительно,
поскольку, как известно вещество жидкого внешнего ядра постоянно ис-
пытывает энергичную конвекцию.
ЛИТЕРАТУРА
Авсюк Ю.Н. Эволюция системы Земля-Луна и ее место бреди проблем
нелинейной геодинамики И Геотектоника. 1993. № 1. С. 13-22
Источники энергии глубинных геологических процессов 277
Белоусов В.В. Тектоника Земли: Взаимодействие верхней мантии и коры.
М.: Межвед. геофиз. ком. 1991.72 с.
Дубровский В.А., Панькин В.А. О строении земного ядра И Изв. АН СССР.
Физика Земли. 1972. № 7. С. 48-54
Косыгин Ю.А., Маслов Л.А. О космической природе тектонических про-
цессов И Геотектоника. 1990. № 5. С. 17-20
Летников Ф.А. К проблеме источника внутреннего тепла Земли И Докл.
РАН. 2001. Т. 378. № 3. С. 387-389
Сорохтин О.Г. Дифференциация вещества Земли и развитие текто-
нических процессов И Изв. АН СССР. Физика Земли. 1972. № 7.
С. 55-66
Сорохтин О.Г, Ушаков С.А. Глобальная эволюция Земли. М.: МГУ, 1991.
446 с.
Vacquier V. The origin of the terrestrial heat-flow I I Geoph. J. Intern. 1990.
Vol. 106. N 1. P. 199-202
Глава 18
КАК РАБОТАЕТ МАШИНА ЗЕМЛЯ?
В предыдущей главе говорилось, что Землю справедливо сравнива-
ют с тепловой машиной. Но далее возникает вопрос: как работает эта
машина, точнее, как она работает, чтобы образовался и развивался рель-
еф Земли, изменялась структура земной коры и всей литосферы, проис-
ходили тектонические движения и деформации, внедрялась и изливалась
на поверхность магма? Несомненно, что общий ответ на этот вопрос,
впервые достаточно убедительный, дала теория тектоники плит, раз-
работанная в 60-е годы нашего века. На основе этой теории было вы-
явлено деление литосферы в современную эпоху на семь крупных и та-
кое же число плит среднего размера, а затем было выделено еще больше
малых плит (микроплит), слагающих пояса торошения между главными
плитами.
С помощью картирования полосовых магнитных аномалий в океа-
нах и палеомагнитных определений на континентах восстановлена кар-
тина деления на плиты и их взаимных перемещений за последние 160-
170 млн. лет; с меньшей точностью и в основном только по палеомагнит-
ным данным, правда в сочетании с использованием палео1£лиматических
литологических индикаторов и палеобиогеографических данных, для
более раннего мезозоя и палеозоя; с еще меньшей достоверностью - для
позднего докембрия. Однако, по общему признанию, кинематика плит с
принципиальной стороны может считаться достаточно выясненной, хотя
конкретная реконструкция разделения на плиты, хода их перемещений и
характера границ непрерывно уточняется в процессе дальнейших иссле-
дований.
Опять же в общей форме вполне удовлетворительно описываются
процессы, происходящие на границах плит различного рода. Это - риф-
Как работает машина Земля?
279
тогенез и спрединг с новообразованием океанской коры и проявлением
гидротермальной деятельности на дивергентных границах, субдукция и
коллизия с формированием в конечном счете складчато-покровных гор-
ных сооружений на конвергентных границах, перемещения по трансфор-
мным разломам в океанах, обычно сопровождающиеся либо некоторым
растяжением с образованием глубоководных желобов, либо сжатием с
ростом подводных хребтов, а также внутриштатным вулканизмом и сер-
пентинитовым диапиризмом. Детали указанных процессов, часто доста-
точно важные сами по себе, служат в настоящее время предметом интен-
сивных исследований, хотя опять-таки принципиальная сторона дела
достаточно ясна.
Этого, однако, нельзя утверждать отйосительно движущих сил пе-
речисленных процессов, т.е. собственно динамики, управляющей текто-
никой литосферных плит, и сочетающегося с ней магматизма. Конечно, в
самом общем виде ответ был дан в теории тектоники плит уже в ее пер-
воначальной форме, когда было высказано положение, что перемещение
плит вызывается тепловой конвекцией в мантии Земли. Собственно го-
воря, задолго до появления тектоники плит оно было предвосхищено ря-
дом выдающихся исследователей, геологов и геофизиков, сначала
О. Ампферером в 1907 г., затем Э. Краусом и Ф. Венинг-Мейнесом и,
наконец, А. Холмсом в 1929 г. Это положение остается в силе и сегодня,
тем более что конвекция в мантии нашла свое подтверждение в данных
сейсмической томографии, указавших на существование крупных плот-
ностных неоднородностей, т.е. областей разогрева и охлаждения на всех
уровнях в мантии. О конвекции свидетельствует и интенсивное тепло-
выделение вдоль осей спрединга срединно-океанских хребтов и мень-
шее - вдоль рифтовых зон континентов. Общая величина теплового по-
тока, поступающего на поверхность Земли из глубоких недр, оказалась
настолько значительной, что при отсутствии конвективного теплопере-
носа и осуществления последнего лишь в кондуктивной форме наша пла-
нета должна была бы достаточно быстро расплавиться.
Итак, конвекция в мантии, несомненно, происходит, и температура и
вязкость последней вполне это допускают. Но как именно конвекция ока-
зывает свое действие на перемещения плит, что служит тут приводными
ремнями?
Первоначально вопрос решался просто - горизонтальные ветви кон-
вективных течений, проходящие в астеносфере, увлекают за собой пла-
вающие на астеносфере литосферные плиты, перемещают их от осей
280
Глава 18
спрединга к зонам субдукции, а затем уже нисходящие ветви тех же те-
чений увлекают эти плиты в мантийные глубины (см. рис. 3).
Однако в дальнейшем возникли серьезные сомнения, высказан-
ные японским геофизиком С. Уедой [Forsyth, Uyeda, 1975] и русским
Е.В. Артюшковым [1979], относительно того, может ли такое волочение
(англ, drag) двигать плиты, если сцепление между литосферой и асте-
носферой невелико вследствие большого различия их вязкостей. Тем не
менее не учитывать этот фактор нельзя - степень его проявления зависит
от реальных соотношений вязкостей литосферы и астеносферы и от ско-
рости конвективного течения. Хороший пример того, что даже при зна-
чительных различиях вязкости интенсивный поток может увлечь более
легкий и хрупкий верхний слой, приводит О.Г. Сорохтин - это ледоход
на реках.
Однако подобное вязкое волочение литосферы в настоящее время
признается лишь одним из нескольких возможных механизмов переме-
щений литосферных плит. Более того, считается, что кровля астеносфе-
ры может оказывать некоторое сопротивление движению вышележащей
литосферной плиты.
Указав на недостаточность волочения, С. Уеда вместе с У. Форсайтом
[Forsyth, Uyeda, 1975] выдвинули другой механизм - затягивание лито-
сферной плиты в зону субдукции вследствие ее утяжеления с возрастом,
вызванного охлаждением и залечиванием пор новообразованными ми-
нералами, - утяжеления, ведущего к утрате плавучести и погружению в
мантию. Такое погружение ускоряется вследствие перехода базальтов и
габбро океанской коры на определенной глубине (~60 км) в эклогит, го-
раздо более тяжелый, чем даже ультраосновное вещество мантии. Этот
механизм получил английское название “pull”1, т.е. затягивание лито-
сферной пластины (slab) в зону субдукции. Реальность этого механиз-
ма в общем не вызывает сомнения, особенно в связи с эклогитизацией
океанской коры, но в настоящее время, особенно в свете моделирова-
ния, говорят еще о засасывании (suction) океанской литосферы в зоны
субдукции.
Еще один механизм, предложенный для объяснения перемещения
плит от осей спрединга к окраинам океанов, - это механизм расталкива-
ния плит в зонах спрединга срединно-океанских хребтов. В трактовке
1 Push и pull, т.е. толкай и тяни, обычные англоязычные надписи на дверях учрежде-
ний (русское выражение “тяни-толкай”).
Как работает машина Земля?
281
австралийского геофизика Э. Хэйлса [Hales, 1969] это расталкивание
(ridge push) рассматривалось как следствие более высокого положения
оси срединного хребта по сравнению с прилегающей абиссальной рав-
ниной, т.е. просто как гравитационное оползание. По другой версии, ос-
новное значение имеют подъем магмы вдоль оси спрединга и ее насиль-
ственное внедрение в полость раздвига на этой оси. Обе причины могут
действовать и совместно [Bott, 1991].
Относительное значение всех перечисленных механизмов прошло
определенную проверку в последнее время в ходе составления Мировой
карты напряженного состояния литосферы (World Lithosphere Stress Map),
первые результаты которого недавно опубликованы [Zoback, 1992]. Ока-
залось, что на значительных пространствах континентальных частей
литосферных плит, особенно по обе стороны Атлантики, господствуют
напряжения сжатия, ориентировка которых достаточно хорошо соответ-
ствует направлению спрединга соответствующих плит, т.е. перпендику-
лярна оси ближайших срединно-океанских хребтов. Это служит хорошим
подтверждением роли “ridge push”, т.е. расталкивания плит от осей спре-
динга.
Аналогичную ориентировку обнаруживают напряжения по разные
стороны рифтовых зон континентов, в частности Восточно-Африкан-
ской рифтовой системы, а также орогенов - Кордильер и Анд; т.е. и здесь
имеет место подобное расталкивание. Горизонтальные напряжения сжа-
тия, судя по фокальным механизмам землетрясений, господствуют и внут-
ри океанских плит. Они вызваны как расталкиванием на осях спрединга,
так и сопротивлением при погружении плит в зоны субдукции.
Иная картина наблюдается в зонах, прилегающих к активным колли-
зионным орогенам, в частности к Альпам в Западной Европе, к Гимала-
ям (Тибет) в Азии. Здесь напряжения сжатия также горизонтальны и на-
правлены от осей орогенов к их форландам. Источником этих напряже-
ний является, вполне очевидно, столкновение литосферных плит с
погружением одной плиты под другую, или, вернее, надвиганием нави-
сающей плиты на подстилающую.
На активных континентальных окраинах, например в Андах, отме-
чаются и напряжения сжатия, перпендикулярные этим окраинам и свя-
занные с субдукцией. Наконец, анализ полученных данных, в частности
по Южной Америке, дает основание исследователям полагать, что нельзя
сбрасывать со счетов во внутриплитных условиях и роль базального во-
лочения плит, хотя она и трудно поддается количественной оценке. Что
282
Глава 18
касается возможного сопротивления перемещению плит со стороны тре-
ния на поверхности астеносферы, то эта роль признается незначитель-
ной по сравнению с действием других сил.
Итак, изучение современного напряженного состояния литосферы
показывает, что действие всех сил, предположительно способных вызы-
вать перемещение плит, является реальным, причем относительная роль
этих сил различна в различных геодинамических обстановках [Ziegler,
1993]. Но если с этим более или менее ясно, то того же нельзя сказать о
ряде вопросов, связанных с характером и особенностями проявления са-
мой конвекции. Здесь прежде всего возникает вопрос о структуре конвек-
тивных ячей на глубине. Данные сейсмотомографии показывают, что эта
структура, т.е. распределение восходящих и нисходящих ветвей конвек-
тивных ячей в верхней части мантии, до глубины 200-250 км, в общем
соответствует плану размещения литосферных плит на современной по-
верхности Земли, т.е., по существу, определяется этим планом или, вер-
нее, приспосабливается к этому плану. Однако с увеличением глубины
оно все больше начинает соответствовать не современному, а более древ-
нему времени начала распада Пангеи, распределению границ плит. Это
указывает на определенную консервативность структуры мантийных те-
чений и на большую подвижность структуры литосферы, под которую
первая вынуждена постепенно подстраиваться. Последнее наглядно про-
является на примере осей Срединно-Атлантического и Аравийско-Индий-
ского хребтов, которые вынуждены смещаться соответственно к западу и
востоку, отодвигаясь, отталкиваясь от относительно неподвижной Афри-
ки и тем самым сдвигаясь по отношению к первоначальному положению
глубинного восходящего мантийного потока.
Таким образом, вопреки тому, что можно было бы думать при более
поверхностном подходе, сама структура литосферы, ее фракгальность
диктуют структуру верхнемантийной конвекции, а точнее, происходит их
взаимодействие по принципу обратной связи. При этом, как недавно по-
казали в Объединенном институте физики Земли РАН В.П. Трубицын и
его коллеги [1993], главное значение имеет расположение литосферных
плит, в составе которых преобладают континенты с их мощной (до 200,
если не 400 км) и сильно плавучей литосферой. Эти плиты, кстати ска-
зать, благодаря своим глубоким корням движутся гораздо медленнее, чем
океанские, а некоторые, например Африканская и Антарктическая, дли-
тельно сохраняют почти фиксированное относительно глубокой мантии
положение.
Как работает машина Земля?
283
Но что происходит с конвекцией еще глубже в мантии? Здесь в на-
стоящее время сталкиваются две противоположные концепции. Одна из
них более традиционна и принимает, что конвекция является общеман-
тийной, охватывая едиными конвективными ячейками всю мантию, от
ее границы с ядром до подошвы литосферы. Другая концепция полагает
конвекцию раздельно проявляющейся в нижней и верхней мантии, т.е.
считает ее двухъярусной. Обе концепции имеют примерно равное число
сторонников и оживленно обсуждаются на международных форумах.
Каковы же факты, позволяющие сделать выбор между ними? Одна
из категории этих фактов касается характера самой границы между вер-
хней и нижней мантией, лежащей на глубине 650-670 км. Все признают,
что на этой границе происходит резкое изменение фазового состояния
вещества, в результате которого пироксены и гранаты замещаются пе-
ровскитом (Са, Mg)SiO3 и подчиненно магнезиовюститом (Fe, Mg)O.
Однако лабораторные эксперименты, проведенные при давлениях и тем-
пературе, отвечающей данной глубинной границе, показывают, что од-
них этих фазовых переходов совершенно недостаточно для получения
материала, по плотности и, следовательно, по скорости распространения
сейсмических волн соответствующего материалу нижней мантии; подан-
ным О.Л. Кускова и А. Б. Парфенова [1991], они могут объяснить лишь
30% увеличения плотности мантии. Поэтому необходимо допустить не-
которое изменение химического состава вещества [Мао et al., 1989].
А такое изменение уже несовместимо или, во всяком случае, трудно со-
вместимо с допущением общемантийной конвекции (чисто фазовый пе-
реход ей не должен препятствовать).
Реальность двухслойной конвекции была подтверждена физическим
моделированием в эксперименте, поставленном Н.Л. Добрецовым и
А.Г. Кирдяшкиным [1993]. Этими же исследователями предложена на его
основе схема такой конвекции в разрезе через земной шар (рис. 43, 44),
заслуживающая, на мой взгляд, большого внимания.
Является ли граница верхней и нижней мантии эффективным барье-
ром для конвекции, можно судить и непосредственно по данным сейсмо-
логии в сочетании с сейсмотомографией. Давно известно, что эта грани-
ца - нижний предел распространения очагов землетрясений, связанных
с субдукцией океанских плит. Однако данные сейсмотомографии в ряде
случаев показали, что океанские плиты могут погружаться на большую
глубину, чем это видно по размещению гипоцентров землетрясений, т.е.
ниже определенной глубины они могут оказываться уже не сейсмоген-
284
Глава 18
Рис. 43. Схема мантийных течений [Добрецов, Кирдяшкин, 1993]
1 - океанская литосфера; 2 - континентальная литосфера; 3 - субдуцированная
плита и возможные реститы; 4 - граница между астеносферой и переходным слоем;
5 - течения в астеносфере и нижней мантии; 6 - возможные течения в переходной
зоне С
Рис. 44. Гипотетические разрезы через мантию Земли
[Добрецов, Кирдяшкин, 1993]
а - по: [Irvine, 1989]; б - по реконструкции авторов; 1 - океанская литосфера;
2 - континентальная литосфера; 3 - конвективные течения в астеносфере и нижней
мантии
ными. Поэтому было важно проверить, что происходит в наиболее глу-
боких сейсмофокальных зонах: проникают ли субдуцируемые холодные
пластины (слэбы) в нижнюю мантию, тем самым доказывая вероятность
общемантийной конвекции, или не проникают. Такие данные к настоя-
Как работает машина Земля?
285
щему времени получены для ряда сейсмофокальных зон западной части
Тихого океана, от Курило-Камчатской до Тонга [Fisher et al., 1991], а так-
же для Зондской зоны в Индийском океане. Данные эти, однако, неодно-
значны. Выяснилось, что в одних случаях (Зондская зона) проникнове-
ние в нижнюю мантию наблюдается, причем до глубины около 1200 км,
но при подходе к этой глубине она выполаживается и расплывается, в
других (Южно-Курильская, Идзу-Бонинская зоны) - пластина, достигая
границы мантийных слоев С и Д, загибается параллельно этой границе в
сторону своего наклона, прослеживаясь на расстоянии до 1000 км, и да-
лее соединяется с высокоскоростной “каплей” [Van der Hilst et al., 1991]
на глубине 800 км и более (Японская зона), а в третьих - она начинает в
районе этой границы испытывать сложный изгиб, как бы натыкаясь на
сопротивление нижней мантии (зона Тонга). В общем приходится пока,
до получения дополнительных материалов, сделать вывод, что могут
иметь место, в зависимости от конкретных условий, различные ситуации
- субдуцируемые пластины могут проникать, а могут и не проникать в
нижнюю мантию, останавливаясь и расплываясь на границе С/Д [Fucao
et al., 1992]. Во всяком случае, представляется достаточно очевидным,
что достижение этой границы существенно влияет на процесс погруже-
ния субдуцируемой литосферной пластины в мантию.
В связи с этим очень важны результаты еще одного подхода - мате-
матического моделирования, тем более что они привели французских
исследователей П. Машетеля и П. Вебера [Machetel, Weber, 1991] к весь-
ма интересному заключению. Проведенное ими моделирование показа-
ло, что общемантийная конвекция при определенных условиях может
переходить в двухъярусную, и наоборот, и что период этого обращения
может составлять порядка 500 млн. лет. Весьма интересно, что эта цифра
примерно отвечает длительности суперконтинентальных циклов, т.е. цик-
лов образования и распада суперконтинентов Пангей в истории Земли,
мегациклов Вилсона в их понимании автором этой книги. На это, поми-
мо автора, обратили внимание Д. Тёркотг и С.М. Кэй [Turcotte, Kay, 1992].
В связи со сказанным естественно думать, что именно накопление
тепла в основании суперконтинентов в связи с создаваемым ими по от-
ношению к глубинному тепловому потоку термостатическим (теплоизо-
лирующим) эффектом служит причиной изменения в сторону повыше-
ния числа Рэлея для мантии и способствует преодолению барьера на глу-
бине 670 км. Роль мантийных плюмов при этом относительно возрастает
[Fisher et al., 1990]. Распад суперконтинента и увеличение суммарной
286
Глава 18
длины осей спрединга имеет обратное действие, ведя к возрастанию по-
верхностного теплового потока, охлаждению мантии, относительному
уменьшению роли плюмов, понижению числа Рэлея и распаду общеман-
тийной конвекции на двухъярусную. Однако даже двухъярусную конвек-
цию нельзя рассматривать как вполне независимо протекающую в ниж-
ней и верхней мантии. В действительности нижнемантийная конвекция
должна индуцировать верхнемантийную, с образованием зеркально об-
ращенного круговорота в последней. А дальнейшее развитие, как только
что отмечалось, ведет к прорыву барьера на границе С/Д и переходу
двухъярусной конвекции в общемантийную. Такой ход событий непос-
редственно подтвержден математическим моделированием в Геологиче-
ском институте РАН [Пущаровский и др., 1990].
Важным вкладом в решение рассматриваемой проблемы является
трехмерное моделирование мантийной конвекции с учетом фазовых
превращений на рубежах 400 и 670 км, недавно осуществленное С. Хон-
да с соавторами [Honda et al., 1993]. Оно показало, что холодные пласти-
ны мантийного материала образуют мощный нисходящий поток, кото-
рый временно задерживается в переходной зоне. Аккумуляция этого ма-
териала приводит к значительной гравитационной неустойчивости,
способствующей быстрому погружению холодной массы в нижнюю ман-
тию. Как далее констатируют авторы, “этот процесс вызывает массив-
ный обмен между нижней и верхней мантией и провоцирует глобальную
неустойчивость в прилегающей системе плюмов. Этот механизм может
иметь циклическую природу и может быть связан с генерацией супер-
плюмов” [Honda et al., 1993, р.1308]. К этому можно добавить, что но-
вейшие данные сейсмотомографии подтверждают латеральную неодно-
родность слоя Д" в основании мантии [Vidale, Benz, 1993].
Кроме того, как показали А.С. Монин и О.Г. Сорохтин [1982], ста-
новление суперконтинентов Пангей непосредственно вызывалось сме-
ной многоячейковой конвекции одноячейковой, с восходящей ветвью под
океанским полушарием Панталассой и нисходящей под континенталь-
ным, несущим Пангею.
Весь этот процесс в подобной форме был свойствен, однако, лишь
последнему мегаэтапу истории Земли начиная с позднего протерозоя, т.е.
с 1 млрд., возможно 1,7 млрд, лет т.н. Что касается более раннего докем-
брия, то стиль конвекции должен был быть существенно иным в связи с
более высокой температурой в мантии и, следовательно, более высоким
значением числа Рэлея. Так, для раннего протерозоя характерна мелко-
Как работает машина Земля?
287
ячейковая конвекция типа Рэлея-Бенара, отраженная в структуре лито-
сферы малыми гексагональными плитами, а для позднего и, быть может
(см. ниже), среднего архея - валиковая конвекция, приводящая к образо-
ванию системы параллельных друг другу вулканических дуг и задуго-
вых морских бассейнов. На самом же раннем этапе развития Земли, до
4 млрд, лет т.н., конвекция должна была вообще носить хаотический
характер.
К сказанному надо добавить, что помимо крупномасштабной конвек-
ции во всем объеме мантии (одно- или двухъярусной) может проявляться
конвекция в самой верхней части мантии и даже, при определенных ус-
ловиях, в коре. О первой говорит существование системы мелкомасш-
табных (сотни километров) волн поверхности геоида, параллельных на-
правлению спрединга [Hatby, Weissel, 1983], а на континентах - волно-
вых структур поверхности консолидированной коры (фундамент
платформ), выраженных чередованием антеклиз и синеклиз, что отмеча-
лось С.А. Тычковым [1984] и X. Лю [Liu, 1980].
В низах коры конвективные движения могут иметь место при ультра-
метаморфизме, создавая исключительно сложную картину структуры
метаморфизуемых толщ. Об этом писал В.В. Эз [1985]. Наконец, особой
формой конвекции можно считать проявленный уже в осадочном слое
коры, в стратисфере, соляной и глиняный диапиризм.
Если к этому добавить энергичную конвекцию в жидком ядре, ответ-
ственную за создание главного магнитного поля Земли и появляющиеся
свидетельства существования конвекции даже в твердом внутреннем ядре
Земли, то мы будем вправе прийти к выводу, что наша планета представ-
ляет собой многоярусную конвектирующую систему, в которой конвек-
ция на одном уровне индуцирует конвекцию на следующем, вышележа-
щем уровне и где непрерывно-прерывисто происходит перестройка кон-
вективных течений и характера их взаимодействия [Хайн, 1989].
И еще один существенный вопрос, касающийся конвекции и также
служащий предметом разногласий: к какому типу принадлежит мантий-
ная конвекция. Является ли она чисто тепловой, как это было принято в
классической тектонике плит и до сих пор принимается многими гео-
физиками, в России М.А. Жарковым, В.П. Трубицыным, или химико-
плотностной, как считают О.Г. Сорохтин, А.С. Монин, В.П. Кеонджян,
С.А. Ушаков, т.е. происходит в мантии лишь теплоперенос или тепло-
массоперенос. Из общих соображений вторая позиция представляется
более предпочтительной, причем речь должна идти, очевидно, в основ-
288
Глава 18
ном о тепло- и флюидопотоке. Более того, поскольку образование зам-
кнутых конвективных ячей определяется, видимо, прежде всего затяги-
ванием океанских плит в зоны субдукции, а подъем расплава вдоль осей
спрединга, компенсирующий этот процесс, является скорее производным,
вторичным, мантийную конвекцию следует считать вынужденной, как
полагают П.Н. Кропоткин и др. [1987], а не свободной.
Теперь о другой проблеме, в которой конвекция представляет лишь
одну ее сторону, а вторая связана с мантийными струями (плюмами), по-
рождающими на поверхности Земли горячие точки. Каково же соотно-
шение этих двух главных форм глубинной геодинамики?
О конвекции уже говорилось выше, а в отношении мантийных струй
нужно выяснить четыре вопроса: во-первых, насколько необходимо вве-
дение самого понятия о мантийных струях и горячих точках; во-вторых,
каковы закономерности их распределения в пространстве; в-третьих, ка-
кова глубина их зарождения; в-четвертых, как изменялась их роль в ис-
тории Земли (разумеется, если признать, что она изменялась).
Ответ на первый вопрос не вызывает сомнений. Без понятия о ман-
тийных струях - горячих точках, невозможно объяснить феномен внут-
риплитного магматизма, и поэтому появление этого понятия уже в сере-
дине 60-х годов (Дж.Т. Вилсон, У. Морган), на заре тектоники плит, было
вполне закономерным и необходимым.
Гораздо сложнее обстоит дело со вторым вопросом. Прежде всего силь-
но различается число горячих точек на современной поверхности Земли,
выделяемых различными авторами, - от 37 до 117. Если отобрать, одна-
ко, наиболее однозначно выделяемые горячие точки, то можно отметить
следующие особенности их распространения. Основная часть горячих
точек в Атлантике и Индийском океане, а также некоторая часть их в
Тихом океане либо непосредственно находятся на осях спрединга сре-
динных хребтов, либо близко тяготеют к этим осям (о-в Ян-Майен, Ис-
ландия, Азоры, о-ва Вознесения, Св. Елены, Тристан д’Акунья, Буве в
Атлантике, Сен-Поль и Амстердам в Индийском, о-ва Пасхи и Галапа-
госские в Тихом океане) в районе их тройных сочленений или на пересе-
чении крупными (магистральными, трансокеанскими) разломами.
Другие горячие точки тоже находятся на трансформных разломах, но
на большем удалении от осей срединных хребтов, например о-ва Гви-
нейского залива, Хуан-Фернандес и др. в Тихом океане, Восточно-Ин-
дийский хребет. В начале своего формирования они могли находиться
близ последних, но затем отодвигаться от них по мере развития спредин-
Как работает машина Земля?
289
га, при этом нередко испытывая расщепление, которое и привело к обра-
зованию внутриплитных палеовулканических поднятий-близнецов, при-
меры которых опять-таки наиболее многочисленны в Атлантике и смеж-
ной части Арктического океана, - Моррис-Джесуп и Ермак, Сеара и Сьер-
ра-Леоне, Риу-Гранди и Китовый хребет. Надо признать, однако, что
в океанах существуют и вулканические цепи, простирающиеся вдоль
разломов, не относящихся к разряду трансформных, а ориентированных
под острым углом и к этим последним, и к осям спрединга. Именно к
этому разряду относятся такие классические примеры, как цепь Гавай-
ских островов и продолжающий ее Императорский хребет, архипелаги
Лайн, Туамоту и, по некоторым данным, Луизвильский хребет (все в Ти-
хом океане).
Что касается континентов, то здесь опять-таки наиболее наглядно
проявляется связь горячих точек с “живыми” рифтовыми системами, их
тройными сочленениями и пересечениями крупными трансформными
разломами. Крупнейшие вулканы Африки - Кения, Килиманджаро, Эль-
гон, а также Фогельсберг на сочленении Верхне-Рейнского грабена с Гес-
сенским, вулканы Центрального Французского массива могут служить
хорошими примерами. Эти же и подобные примеры подсказывают, что
другие горячие точки могут быть приурочены к более древним рифтам
или сутурам.
Наряду с горячими точками, связанными с узко локализованными
мантийными струями-плюмами, наблюдаются, как впервые отметили для
океанов Л.П. Зоненшайн и М.И. Кузьмин [1983], целые “горячие поля”.
Их примером служит подобное поле в Центрально-Западной Пацифике
(подводные горы Мид-Пасифик, атоллы Маршалловых островов, о-вов
Гилберта и др.), образованное во второй половине раннего и начале по-
зднего мела, в среднемеловую эпоху спокойного магнитного поля. Не-
сколько позднее то же горячее поле было описано Р. Ларсоном [Larson,
1991] в качестве мелового “суперплюма”. Ему же в общем соответствует
поднятие Дарвина, значительно раньше выделенное Г. Менардом [Menard,
1969] по чисто батиметрическим данным, которые тогда только и име-
лись в распоряжении исследователей. Предполагается, что к современ-
ной эпохе это Тихоокеанское горячее поле в результате перемещения Ти-
хоокеанской плиты к северо-северо-востоку оказалось смещенным в район
Французской Полинезии (о-ва Таити и др.).
Горячие поля (суперплюмы) океанов являются, по существу, прямым
аналогом крупных трапповых полей континентов. Более того, можно по-
290
Глава 18
дозревать, что и эти последние, по крайней мере относящиеся к началу
юры, находятся в некоторой связи с периодами спокойного магнитного
поля (см. ниже).
Таково положение с особенностями расположения горячих точек -
плюмов. Думается, можно констатировать, что оно, во всяком случае, не
хаотично, а скорее достаточно закономерно.
Теперь относительно глубины зарождения плюмов. Прямые данные
о связанном с ними магматизме, как недавно подчеркнули О.Г. Сорохтин
и С.А. Ушаков [1991], показывают лишь, что эта глубина должна превы-
шать 60 км. Это, очевидно, относится к океанам, а на континентах пер-
вичные магматические очаги должны находиться на глубине не менее
150-200 км, а возможно глубже, хотя не исключено и даже вероятно су-
ществование промежуточных очагов непосредственно под корой в резуль-
тате ее магматического подстилания - underplating. Однако косвенные
данные, данные сейсмотомографии убеждают большинство исследова-
телей в том, что плюмы зарождаются гораздо глубже, на границе мантии
и ядра. Об этом говорит локализация большей части современных горя-
чих точек над областями повышенного разогрева низов мантии (по дан-
ным сейсмотомографии). Представляется, однако, что это заключение
может быть справедливым лишь для Тихоокеанской области, где, вероят-
но, длительно, если не постоянно, существовал наиболее мощный восхо-
дящий тепло- и флюидопоток. А в противоположном, Индо-Атлантиче-
ском, секторе планеты уровень зарождения плюмов мог быть менее глу-
боким и приуроченным к границе С/Д, т.е. верхней и нижней мантии, в
согласии с идеей А. Рингвуда [Ringwood, Irifune, 1988], полагающего, что
источником обогащения литофильными некогерентными элементами
магмы внутриплитных океанских островов могла быть субдуцированная
океанская кора, задержанная и скопившаяся на этой границе. Не случай-
но в Индо-Атлантическом секторе ни одна из зон субдукции (Антильская,
Южно-Сандвичева, Калабрийская, Эгейская), за исключением Зондской,
не достигает, притом намного, даже границы С/Д, а Зондская тяготеет
уже к Тихоокеанской области. Очевидно, ясность в этот вопрос может
внести тонкая геохимия, позволяющая дискриминировать различные
источники магмы. Пока же можно высказать предположение, что знаме-
нитая геохимическая аномалия DUPAL, а также аномалия SOPITA мо-
гут как раз соответствовать наиболее глубинному источнику мантийных
струй. Такая идея была высказана уже Л.П. Зоненшайном и М.И. Кузь-
миным [1983].
Как работает машина Земля?
291
Не исключено, на мой взгляд, что часть плюмов может иметь еще
менее глубинное происхождение, чем граница С/Д, и зарождаться прямо
в верхах астеносферы. Это может относиться к источнику магмы вулка-
нов, находящихся на трансформных и “косых” разломах и опять же под-
лежит проверке геохимическими методами. Кстати, это, возможно, каса-
ется и наиболее ранних плюмов в истории Земли, древнее 3 млрд, лет,
поскольку магма этих плюмов, продуцировавшая коматииты и толеито-
вые базальты, еще не была обогащена щелочами и вообще некогерент-
ными элементами. Магматиты обогащенного типа появляются лишь в
позднем архее.
Здесь мы естественно переходим к четвертому из поставленных выше
вопросу относительно плюмов: как изменялась их роль в истории Земли.
Частично этого вопроса мы уже касались в главе 6, но теперь представ-
ляется целесообразным к нему вернуться. Следует, очевидно, согласить-
ся с исследователями, отводящими плюмам первостепенную роль на са-
мых ранних этапах истории Земли, до какого-то времени в архее, не рань-
ше 4,0-3,8 и не позднее 3 млрд, лет т.н. На этой стадии плюм-тектоника
могла господствовать либо как автономная, либо как спровоцированная
метеоритной бомбардировкой. Весьма вероятно, что в конце этой ста-
дии, в среднем, если уже не в раннем архее она сочеталась с эмбрио-
нальной плейт-тектоникой, как это наблюдается на Венере [Sandwell,
Shubert, 1992], активное развитие которой закончилось, однако, 0,5 млрд,
лет т.н.
Переход от плюм-тектоники к плейт-тектонике можно связать, на мой
взгляд, с обособлением в верхах твердой Земли хрупкой литосферы, раз-
битой регматической сетью разломов. Плюмы, предпочтительно сосре-
доточенные в узлах пересечения разломов, могли давать апофизы вдоль
этих разломов. Двигаясь навстречу друг другу, такие апофизы могли сли-
ваться друг с другом, создавая уже протяженные оси спрединга, разделя-
ющие отдельные блоки литосферы. Вдоль этих осей начинал действо-
вать перманентный восходящий тепло- и флюидопоток, а затем и восхо-
дящий магмопоток, порождающий уже новую океанскую литосферу.
В силу преимущественно коматиитового состава этой литосферы она бы-
стро утрачивала свою плавучесть и начинала субдуцироваться, тем са-
мым приводя к образованию того круговорота вещества, который в конце
концов вылился в форму вынужденной конвекции. Так плюм-тектоника
могла перейти в плейт-тектонику. Но расположение наиболее мощных и
глубоких плюмов в узлах регматической сети, в частности в узлах их
292
Глава 18
гексагональной решетки [Tait et al., 1992], могло сохраниться и в даль-
нейшем, вплоть до современной эпохи, учитывая приуроченность ряда
горячих точек к тройным сочленениям океанских рифтов, например
о-в Буве, Азорские и Галапагосские острова.
В статье Л.П. Зоненшайна и М.И.Кузьмина [1983] высказывается
мысль, что в развитии планет плюм-текгоника имеет большее значение,
чем плейт-тектоника, поскольку последняя в полной форме проявлена
только на Земле, аплюм-тектоника на всех планетах земной группы и
даже на спутниках внешних планет. Это утверждение несомненно спра-
ведливо в масштабе всей Солнечной системы. Что же касается Земли, то
оно может распространяться лишь на раннюю стадию ее развития, о воз-
можных хронологических рамках которой говорилось выше, но позднее
плюм-тектоника уступила первенство плейт-тектонике. В настоящее вре-
мя, по подсчетам, приведенным в работе [Turcotte, Kay, 1992], 70% глу-
бинного тепла выделяется вдоль осей спрединга, т.е. на дивергентных
границах плит, и только 10-30% - в горячих точках. Такое положение, с
той или иной поправкой, очевидно, сохранялось в течение большей час-
ти истории нашей планеты. .
Следует сказать еще об одном важном аспекте проблемы плюм-тек-
тоники. Речь идет об интереснейшем вопросе, поднятом в недавней ра-
боте Р. Ларсона и П. Олсона [Larson, Olson, 1991], о возможной связи
инверсий магнитного поля с образованием мантийных струй на границе
мантия/ядро. Обратив внимание на то обстоятельство, упоминавшееся
выше, что время активности Тихоокеанского “суперплюма” (горячего
поля) в среднем мелу (120-75 млн. лет т.н.) совпадает с периодом спо-
койного, т.е. безинверсионного магнитного поля, Р. Ларсон и П. Олсон
высказали гипотезу, что частота инверсий связана обратной зависимос-
тью с активностью плюмов. Причина этого может заключаться в том, что
мантийные плюмы, отрываясь от пограничного слоя Д", уменьшают его
толщину, что приводит к остыванию поверхности и способствует усиле-
нию конвекции в жидком ядре. Когда активность конвекции достигает
критического уровня, возникает стабильное магнитное поле.
Несколько иной механизм той же связи частоты инверсий с активно-
стью плюмов предполагается французскими исследователями Ж.-П. Вале
и В. Куртийо [Valet, Courtillot, 1992]. По их мнению, отсутствие инвер-
сий соответствует резкому утолщению слоя Д". Напротив, термическая
неустойчивость на границе мантия-ядро, порождаемая отрывом от слоя
Д" крупных плюмов, стимулирует проявление инверсий.
Как работает машина Земля?
293
Очень интересным дополнением к этим соображениям служат идеи,
высказанные также недавно одним из пионеров палеомагнитологии, бри-
танским геофизиком С.К. Ранкорном [Runcorn, 1992]. Он обратил вни-
мание на результаты исследований французских геофизиков К. Лажа и
его коллег, показавших, что инверсии происходят путем кратковремен-
ной миграции полюса на 180° вдоль траекторий, проходящих через Се-
верную и Южную Америку, с одной стороны, и Восточную Азию и Авст-
ралию - с другой, таким образом, по обе стороны Тихого океана, на рас-
стоянии 180° по широте. Это, по мнению С.К. Ранкорна, указывает на
особую роль Тихоокеанской области в данном процессе. Роль эта под-
черкивается тем обстоятельством, что Тихоокеанская область характери-
зуется минимальными вековыми вариациями геомагнитного поля.
Отсюда С.К. Ранкорн делает вывод, что изменчивое магнитное поле,
порождаемое ядерным динамо, здесь может быть экранировано высоко-
проводящим слоем в основании мантии, обладающим электропроводно-
стью, близкой к металлической, в отличие от наблюдаемой в противопо-
ложном сегменте Земли. Подтверждение этого вывода С.К. Ранкорн ви-
дит в том, что в слое Д” скорости поперечных сейсмических волн под
Тихим океаном примерно на 1% ниже, чем вне данной области. Отсюда
делается заключение, что этот слой здесь примерно на 2% плотнее вслед-
ствие повышенного содержания FeO и FeS и в силу изостазии тоньше.
Соответственно поверхность ядра должна быть выше на 5 км.
Достаточно очевидно, что выводы С.К. Ранкорна свидетельствуют,
во-первых, в пользу отличий Тихоокеанского сегмента Земли от суще-
ственно континентального Индо-Атлантического, о чем говорилось выше
(см. гл. 8), и во-вторых, что особенности этого сегмента благоприятству-
ют возникновению крупных плюмов именно в его пределах.
В самом конце этой главы хочется подчеркнуть, что рассмотренные
в ней вопросы являются, пожалуй, важнейшими среди других, затрону-
тых в этой книге. До последнего времени не было объективной возмож-
ности подступиться к их решению, и открывшиеся сейчас возможности
еще не исчерпаны до конца. Поэтому в ближайшие годы можно ожидать
крупных успехов и даже прорывов на данном направлении, что, несом-
ненно, приблизит нас к построению относительно достоверной геоди-
намической модели Земли.
Уже после того, как были написаны эти последние строки и книга
была сдана в печать, появились новые разработки японских ученых
[Maruyama et al., 1994; Maruyama, 1994; Kumazawa, Maruyama, 1994;
294
Глава 18 /
Kumazawa et al., 1994], опубликованные в юбилейном номере журнала
Японского геологического общества и свидетельствующие, что мы уже
вплотную подошли к созданию такой модели и что, во всяком случае, она
будет создана еще до конца XX века. Возможно, статьи японских ученых
сыграют для становления этой модели ту же роль, что и ставшие знаме-
нитыми статьи 1967-1968 гг. в американском “Journal of Geophysical
Research”.
Японские ученые справедливо указывают, что к настоящему време-
ни в распоряжении исследователей оказалось пять важных источников
информации о процессах в глубоких недрах Земли. Это: 1) сейсмическая
томография; 2) физический эксперимент при сверхвысоких давлениях;
3) компьютерное моделирование геодинамических процессов; 4) данные
по региональной и исторической геологии, охватывающие всю Землю, а
не только континенты, и всю ее историю, а не только фанерозой; 5) дан-
ные сравнительной планетологии. Всеми этими инструментами позна-
ния строения и эволюции Земли не располагали основоположники тек-
тоники плит, и не удивительно, что их привлечение существенно меняет
наше понимание механизма и направленности развития нашей планеты.
Японские коллеги в своих построениях исходят из нескольких основ-
ных положений. Во-первых, они правильно констатируют, что тектоника
плит характеризует развитие лишь самой верхней, хрупкой оболочки твер-
дой Земли - литосферы. Во-вторых, они учитывают, что Земля представ-
ляет собой стратифицированную, многооболочечную планету, в которой
можно выделить три главные области: тектоносферу (верхняя мантия +
+ кора, литосфера + астеносфера), мезосферу - нижнюю мантию и ядро.
В-третьих, в каждой из этих областей протекают особые, свойственные
только ей процессы (рис. 45): в тектосфере - это тектоника плит, которая
тем самым отнюдь не отрицается; в, мезосфере - широкомасштабная
плюм-тектоника, в ядре - тектоника роста (growth tectonics). Развитие
Земли идет таким образом, что плейт-тектоника провоцирует плюм-тек-
тонику погружением холодных субдуцируемых плит сначала до границы
верхней и нижней мантии, а затем и до границы мантия-ядро. Это, в
свою очередь, меняет характер конвекции в жидком внешнем ядре; воз-
буждение достигает внутреннего ядра и порождает (правда, не сов-
сем ясно, каким образом) импульс поднятия суперплюмов на границе
ядро/мантия. Разогретый материал суперплюмов растекается по обе сто-
роны границы мезосферы и тектосферы, вызывая конвекцию в после-
дней и в конечном счете тектонику литосферных плит. В современную
Как работает машина Земля?
295
6400
км
670
2900
5100
Рис. 45. Схематическое изображение глобальной тектоники Земли
[Mar uy am a et al., 1994]
Плейт-текгоника поставляет холодный материал в область плюм-тектоники. Ка-
тастрофический коллапс субдуцируемых пластин, задерживающихся на глубине
670 км, вызывает не только супервосходящее мантийное течение, которое влияет на
плейт-текгонику, но и изменение рисунка конвекции во внешнем ядре, контролирую-
щее тектонику роста (growth tectonics) в центральном ядре
эпоху авторы намечают два крупных восходящих суперплюма - под Ти-
хим океаном и под Африкой, и один нисходящий - под Азией.
Опираясь на сравнительно-планетологический материал авторы
(М. Кумазава и С. Маруяма) намечают следующий эволюционный ряд
для планет земной группы: тектоника роста —> плюм-тектоника —> плейт-
тектоника^ контракционная тектоника терминальная тектоника. Они
считают, что Венера иллюстрирует переход от плюм-тектоники к плейт-
тектонике (это подробно обосновывается в статье Н. Фуджии в том
же сборнике и вполне совпадает с мнением автора настоящей книги, см.
гл. 6). Земля уже пережила этот переход и находится на стадии господ-
ства плейт-тектоники, в то время как Марс, возможно, достиг стадии кон-
тракционной тектоники, а Луна - терминальной тектоники.
Таков основной каркас этой новой концепции подлинно глобальной
тектоники. Следует подчеркнуть, что она не выбрасывает за борт текто-
296
Глава 18
нику плит, а включает ее как частный случай тектоники планет земной
группы, подобно тому как механика Ньютона превратилась в частный
случай механики вообще, а геометрия Эвклида в частный случай геомет-
рии вообще.
Представляется отнюдь не случайным, что новая концепция (авторы
именуют ее, и видимо справедливо, новой парадигмой) родилась не в
Европе или Америке, а в Японии - новые идеи легче рождаются на но-
вой почве. А почему нё у нас, в России? Это тоже можно объяснить. Не у
нас возникла и развилась сейсмическая томография, не у нас созданы
сверхмощные компьютеры, производятся эксперименты при сверхвысо-
ких давлениях, не мы запустили на Венеру “Магеллана” и даже первен-
ство в изучении ложа океанов и высокогорной Центральной Азии тоже
не принадлежит нам. Но все же и слишком прибедняться тоже, не стоит-
многие идеи, легшие в основу новой концепции, высказывались у нас,
в работах Н.Л. Добрецова с А.Г. Кирдяшкиным, Л.П. Зонёншайна с
М.И. Кузьминым, Ю.М. Пущаровского с В.Е. Фадеевым, В.П. Трубицы-
на с соавторами и в моих собственных.
Отмечу еще одно обстоятельство. Подобно тектонике плит, новая те-
ория - не плод творчества ученого-одиночки, а результат целенаправлен-
ной деятельности целого коллектива специалистов (М. Кумазава, С. Ма-
руяма, С. Кавасаки, С. Иосида, X. Иосиока, Т. Ито, Н. Фуджии и др.). Это
тоже характерно для современной науки.
В литературе продолжается оживленное обсуждение вопроса о том,
является ли конвекция общемантийной или двухъярусной. В работе
С. Гранда (S.P. Grand // J. Geophys. Res. 1994. Vol. 99. P. 11.591-11.621)
показано, что на пересечениях через западный край Северной Америки в
районе Орегона, и Южной Америки в районе Перу по распределению
скоростей поперечных волн с глубиной отчетливо видно погружение
субдуцируемого слаба до границы мантии и ядра в первом районе и до
глубины 1300 км во втором. Это различие связывается с продолжитель-
ностью действия данной зоны субдукции - 150 млн. лет в Орегоне,
50 млн. лет в Перу.
В другой работе (М. Liu// Science 1994. Vol 264. N 5167. P. 1904-1907)
на основании экспериментов при высоких давлениях и численного мо-
делирования доказывается, что холодные нисходящие мантийные тече-
ния задерживаются на границе 660 км, в то время как горячие восходя-
щие плюмы ее свободно пересекают. Отсюда следует; что мантийная кон-
векция частично расслоена и сильно зависит от времени, а имен-
Как работает машина Земля?
297
но - расслоенность мантии слабее, когда мантия горячее и когда число
Рэлея выше.
В свете представлений японских ученых об эволюционном ряде пла-
нет большой интерес представляет недавно опубликованная работа
Н. Слипа (N.H. Sleep И J. Geophys. Res. 1994. Vol. 95. Р. 5639-5655), в
которой обосновывается проявление в прошлом на Марсе тектоники плит.
Аргументами служат контраст между более низкими и более молодыми
северными низменностями и более древними сильнее кратерированны-
ми южными возвышенностями, а также концентрация молодого вулка-
низма в пределах немногих крупных зон. Н. Слип считает, что северные
низменности являются продуктом замещения более древней коры, под-
вергшейся субдукции, более молодой и тонкой корой спредингового про-
исхождения. Расположение молодых вулканов, в частности в области
Тарсис, на границе низменностей и возвышенностей свидетельствует, по
мнению Н. Слипа, об их связи с зоной субдукции. В своей плитно-текто-
нической реконструкции части Марса Н. Слип намечает даже положение
трансформных разломов, тройных сочленений и древних осей спрединга.
Совершенно очевидно, что соображения Н. Слипа нуждаются в под-
тверждении, но его трактовка истории Марса укладывается в схему япон-
ских ученых, считающих, что Марс находится на более поздней стадии
развития, чем Земля.
В этой главе автор ранее писал, что “в ближайшие годы можно ожи-
дать крупных успехов и даже прорывов на данном направлении, что, не-
сомненно, приблизит нас к построению относительно достоверной гео-
динамической модели Земли”. Сейчас можно сказать, что такие успехи
действительно последовали, хотя о настоящих прорывах говорить трудно.
Если выделить главное в очень большом объеме публикаций после-
дних лет по глобальной геодинамике, то оно сведется, на мой взгляд, к
следующему.
Новых значительных успехов достигла сейсмическая томография.
Теперь удается отследить не только современные, но и древние, по край-
ней мере мезозойские и раннекайнозойские, зоны субдукции, в частно-
сти вдоль Монголо-Охотской складчато-покровной системы, Охотско-
Чукотского вулкано-плутонического пояса, в Тибете, Восточных Карпа-
тах и т.д. [Spakman, 1987]. Обнаружено очень важное явление - отрыв
нижней части пластины субдуцируемой океанской литосферы - слэба, с
образованием в промежутке “астеносферного окна”. Такой отрыв уста-
новлен в районе моря Альборан, в районе Вранча в Восточных Карпатах
298
Глава 18
и может предполагаться в ряде других районов. Образование астено-
сферного окна может играть большую роль в проявлении мантийного и
мантийно-корового магматизма на коллизионном и постколлизионном
этапах развития орогенов.
Появились данные, свидетельствующие о вертикальной неоднород-
ности нижней мантии. Много внимания уделяется латеральной неодно-
родности слоя Д" в самых низах мантии, который рассматривается, с од-
ной стороны, как уровень конечного захоронения (“могильник”) субду-
цируемых слэбов и, с другой стороны, как источник плюмов, или, по
крайней мере, “суперплюмов”, о чем уже говорилось раньше. Выше
в нижней мантии намечается какая-то граница на глубине около 1200-
1500 км. Этой границе придается большое значение в споре об общеман-
тийной или двухъярусной конвекции, который продолжается и в настоя-
щее время; мы к нему вернемся ниже.
Указывается на возможность существования слоя пониженной вязко-
сти непосредственно ниже границы верхней и нижней мантии, т.е. 660-
670 км, и отмечается, что этот слой может являться одним из уровней
зарождения плюмов [Brunet, Yuen, 2000].
Сейсмика отраженных волн показала, что континентальная кора фор-
ланда орогенов может субдуцироваться под них на расстояние до 100-
150 км. А тонкие петролого-минералогические исследования обнаружи-
ли присутствие в субдуцируемой континентальной и океанской коре ми-
нералов, образующихся лишь в условиях ультравысоких давлений -
коэсита, алмазов и некоторых других, свидетельствующих о ее погруже-
нии на глубину >150-200 км и даже вплоть до кровли нижней мантии.
Возникла особая проблема UHPM - метаморфизма ультравысоких дав-
лений, и особенно механизма подъема продуктов этого метаморфизма
обратно к дневной поверхности - их так называемой эксгумации (лучше
- эдукции).
В связи с конвекцией по-прежнему оживленно дебатируются две про-
блемы, касающиеся ее природы: только тепловая или термохимическая,
общемантийная или двухъярусная.
В.П. Трубицын [2000] довольно успешно моделирует формирование
и распад суперконтинентов исходя из представления о чисто тепловой
конвекции. Между тем, Л.И. Лобковский [2000] добивается того же ре-
зультата на основе термохимической конвекции, которую поддерживает
и П. Тэкли [Tackley, 2000]. Думается, что в принципе вторая концепция
предпочтительнее, поскольку очевидно различие в составе материала,
Как работает машина Земля?
299
слагающего нисходящие - субдуцируемые слэбы, и восходящие - плю-
мы, ветви конвективных течений.
Что касается второй проблемы, то, как и раньше, спор идет в основ-
ном между геофизиками - сторонниками общемантийной конвекции, и
геохимиками - сторонниками двухъярусной конвекции. Первые аргуме-
тируют свою точку зрения, преимущественно основываясь на том факте,
что субдуцируемые слэбы проникают в нижнюю мантию, уверенно про-
слеживаясь, правда, лишь до глубины не более 1000-1500 км. Вторые
указывают на необходимость существования относительно изолирован-
ного резервуара примитивной, неистощенной нижней мантии для объяс-
нения, в частности, теплового баланса планеты.
Намечается, впрочем, и некоторый компромисс - существование по-
добного резервуара лишь в низах нижней мантии.
По мнению автора, наиболее предпочтительными являются те моде-
ли, которые допускают, подобно модели Л.И. Лобковского, чередование
периодов общемантийной и двухъярусной конвекции в увязке с форми-
рованием и распадом суперконтинентов. Одновременно можнодапустить,
как это делает Л.И. Лобковский, и чередование периодов господства об-
щемантийной и двухъярусной конвекции. В истории Земли их соотно-
шение могло меняться - с увеличением вязкости мантии и уменьшением
числа Рэлея должна была возрастать вероятность общематийной конвек-
ции [Honda, 1995] и это может объяснить признаки ее преобладания в
современную эпоху.
Особую большую проблему глобальной геодинамики представляет
проблема роли в ней плюмов, тем более что в последние годы они нахо-
дятся едва ли не в центре внимания исследователей. В основном тексте
главы было указано, что само существование плюмов не вызывает со-
мнений. Однако оказалось, что это не совсем так - в одной из своих пос-
ледних работ известный американский геофизик Дон Андерсон [Anderson,
2000] высказал по этому поводу серьезные сомнения. По его мнению,
выделение плюмов по данным сейсмотомографии основано на ложной
предпосылке, что латеральные изменения температуры в астеносфере
нормально, т.е. в отсутствие плюмов, не превышают 200°, тогда как на
самом деле они могут достигать 500°. Следует заметить, что вообще вы-
деление плюмов и прослеживание их корней по данным сейсмотомогра-
фии представляет более сложную процедуру, чем прослеживание на глу-
бину слэбов субдуцируемой литосферы, поскольку “ножки” плюмов по
определению более тонкие, чем слэбы. Показателен пример Исландии, в
300
Глава 18
отношении которой первоначально утверждалось, что корни подстила-
ющего ее плюма уходят в нижнюю мантию, а затем появилась работа, в
которой категорически утверждается, что они не простираются ниже гра-
ницы верхней мантии. Теоретически можно предполагать, что достаточ-
но образования разломов и тем более рифтов в литосфере, чтобы вызвать
декомпрессию в астеносфере и образование магматических очагов с по-
следующим подъемом магмы к поверхности. Но эта магма, судя по со-
ставу внутриплитных вулканитов и интрузий, должна быть обогащена
некогерентными, литофильными элементами, в отличие от магмы зон
спрединга. Так и считает Д. Андерсон [Anderson, 1995], полагая, что обо-
гащенная астеносферная мантия подстилается деплетированной, но этот
взгляд не имеет других обоснований и не разделяется остальными спе-
циалистами. Поэтому источником внутриплитного магматизма, скорее
всего, все же являются более глубоко лежащие уровни мантий.
Однако размещение проекций плюмов на дневную поверхность - го-
рячих точек, явно контролируется структурой литосферы, расположени-
ем в ней ослабленных зон - зон внутриконтинентального рифтинга, оке-
анского спрединга, трансформных разломов и в особенности тройных
сочленений осей рифтинга (например Афар в Африке) и спрединга (на-
пример поднятие Шатского в Тихом океане). Весьма вероятно, как это
допускается в ряде работ, что плюмы, поднимающиеся к подошве литос-
феры, растекаются вдоль нее и затем образуют апофизы вдоль рифтов и
разломов в самой литосфере. Поэтому один мощный плюм может обра-
зовать на поверхности целую группу горячих точек, как это предполага-
ется в настоящее время для Восточной Африки, где намечается суще-
ствование либо одного плюма с центром в Афаре [Elbinger, Sleep, 1998],
либо двух - в Афаре и южнее, если учесть различия в химическом соста-
ве вулканитов.
Относительно глубины зарождения плюмов продолжают высказы-
ваться разные точки зрения. Происхождение из пограничного между ман-
тией и ядром слоя Д" наиболее вероятно для суперплюмов, существова-
ние которых в современную эпоху, по данным сейсмотомографии, наме-
чается в юго-западной части Тихого океана, в районе Французской
Полинезии и в Восточной Африке и смежной части Индийского океана.
Но другие плюмы могут зарождаться в основании верхней мантии, как
предполагают Д. Юэн и его коллеги [Brunet, Yuen, 2001].
Не исключено и зарождение плюмов в астеносфере, что в общем со-
ответствует представлениям Д. Андерсона [Anderson, 1976]. Между раз-
Как работает машина Земля?301
ноглубинными плюмами должны наблюдаться определенные геохими-
ческие отличия. Возможно, что аномалии типа DUPAL или H1MU связа-
ны с активностью именно суперплюмов.
Еще один вопрос, касающийся плюмов, - это длительность их функ-
ционирования и устойчивость локализации. В классическом примере
Гавайского и Императорского хребтов в Тихом океане допускалась их
полная стационарность и непрерывное функционирование начиная с кон-
ца мела; то же и для Восточно-Индийского хребта, причем с раннего мела.
Представление о стационарности размещения горячих точек широко ис-
пользовалось для реконструкции абсолютных перемещений литосфер-
ных плит. Однако число примеров, подобных приведенным выше, не так
велико, и есть обратные примеры одновременного проявления активно-
сти целой группы плюмов, например в Центральной Атлантике против
побережья Западной Африки и Иберии (Канарские острова и другие)
и на прилегающих континентах. В то же время указывается на относи-
тельное смещение положения горячих точек в Тихом океане, с одной сто-
роны, и в Атлантике, с другой [Christensen, 1998; Di Venere, Kent, 1999;
Baksi, 1999]. Поэтому использование системы горячих точек для опреде-
ления абсолютного перемещения литосферных плит представляется не
бесспорным.
И в целом проблема взаимодействия плюмов с мантийной конвекци-
ей остается нерешенной. Думается, что плюмы должны либо составлять
определенный элемент восходящих ветвей конвективных ячей, либо быть
органически связанными с континентальными рифтовыми системами,
впоследствии частично перерастающими в спрединговые, что переводит
эти плюмы в предыдущую категорию.
Далее представляется уместным затронуть здесь еще один важный
вопрос, частично связанный с предыдущим и не рассмотренный в перво-
начальном тексте данной главы. Речь пойдет о роли ротационного факто-
ра, т.е. осевого вращения Земли в глобальной геодинамике. Как извест-
но, А. Вегенер усматривал в этом факторе основную причину дрейфа
континентов. Однако в концепции тектоники литосферных плит, сфор-
мулированной в 1967-68 годах, его роль была проигнорирована, и лишь
в статье К. Ле Пишона отмечено, что плиты обнаруживают общее сме-
щение к западу относительно Антарктиды со скоростью 5 см/год. Тем не
менее довольно скоро, в начале 70-ых годов, о ней вспомнили, опять же в
основном в связи с преимущественно западным перемещением большин-
ства литосферных плит по отношению к Антарктической плите, которую
302
Глава 18
разумно было считать относительно стационарной. Но затем абсолют-
ное перемещение плит стали определять по системе горячих точек, а
силы, связанные с вращением Земли, были признаны недостаточными
для перемещения плит, и вопрос о роли ротационного фактора на неко-
торое время был снят с повестки дня. Ситуация начала меняться в пос-
ледние годы, начиная с работы итальянского исследователя К. Дольони
[Doglioni, 1990], а недавно этому вопросу были посвящены статья [Smith,
Lewis, 1999] и монография [Bostrom, 2000], содержащие обстоятельный
анализ ротационного фактора.
Внешними признаками проявления ротационного фактора, вызыва-
ющего западный дрейф литосферы, являются асимметрия Тихого и Ат-
лантического океанов, выражающаяся в разном наклоне зон субдукции
по обе стороны Пацифики; разной ширине склонов Восточно-Тихооке-
анского поднятия, смещении Атлантики и вместе с ней обеих Америк в
западном направлении.
В модели К. Дольони - А. Смита - Ч. Льюиса (рис. 46) принимается,
что подстилающая астеносферу на глубине 150-200 км мезосфера под
влиянием вращения Земли испытывает смещение к востоку со скорос-
тью ~5 см/год (вычисленной по отношению к Антарктиде). Это вызыва-
ет течение в астеносфере, достигающее подошвы литосферы и вызыва-
ющее, в свою очередь, ее смещение (drag), но с определенным отстава-
нием (lag). Это смещение под влиянием ротационного фактора имеет, по
мнению цитируемых авторов, не меньшее значение в кинематике литос-
ферных плит, чем ridge push и slab pull. В профиле через Тихий океан
(рис. 47) на востоке ротационное течение в астеносфере суммируется с
этими пограничными силами (boundary forces), а на западе они действу-
ют в противоположном направлении.
В работе Р. Кострома [Bostrom, 2000] принимается, что в осевом вра-
щении Земли участвуют твердые приливы, которые, вопреки господству-
ющим представлениям, не диссипируются целиком, а дают накапливаю-
щийся эффект, играющий, по мнению этого исследователя, большую роль
в кинематике плит, чем пограничные силы - ridge push и slab pull.
А. Смит и Ч. Льюис, исходя из своей модели, предлагают и новую
трактовку проявлений внутриплитного магматизма, полагая вместе с
Д. Андерсоном его относительно неглубокое, в верхах астеносферы, про-
исхождение и образование вулканических цепей вдоль ослабленных зон
в литосфере, параллельных границам плит (рис. 48). При этом они еще
допускают участие в магматических расплавах материала Континенталь-
Как работает машина Земля?
303
Рис. 46. Земля смоделирована как серия оболочек, вращающихся вокруг
центральной оси [Doglioni, 1990]
Передача стресса через низковязкостную астеносферу в сочетании с действием
сил на границе плит вызывает четкое отставание литосферных плит по отношению к
мезосферной мантии. Это отставание составляет дифференциальное вращение ли-
тосферной мантии (Ди), которое может, с другой стороны, рассматриваться как ман-
тийное течение, направленное к востоку. Величина Ди составляет до 5 см/год, умень-
шаясь как cos <р к полюсам. Ундуляции в мантийном течении вызваны изменением
положения оси вращения (блуждание полюса) в связи со смещением плит, изменяю-
щим распределение масс на поверхности Земли
ной мантии, испытавшей базальную эрозию при перемещении плит,
объясняя этим, в частности, аномалию DUPAL в южном полушарии.
Приходится, однако, отметить, что предположение о том, что при-
ливно-ротационное волочение является основной движущей силой в ки-
нематике плит, встречает возражения со стороны некоторых авторитет-
ных геофизиков. Так, Т. Джордан еще в 1974 г. указывал, что вязкость
астеносферы на 10 порядков выше, чем требуется для того, чтобы при-
ливное волочение могло привести к дифференциальному вращению ли-
(a) (b) Африканская плита (с) Плита Наска
3апаД Восток
(d) (е) Тихоокеанская плита
Глава 18
Как работает машина Земля?
305
тосферы по отношению к подстилающей мантии. А недавно Дж. Ранал-
ли [Ranalli, 2000] привел дополнительный аргумент против роли рота-
ционного волочения литосферы, указывая, что любое вращение (torque),
которое могло бы вызвать дифференциальное вращение внешней обо-
лочки Земли, имеет исключительно короткое время релаксации вслед-
ствие высокой вязкости астеносферы. Отрицая роль ротационного воло-
чения литосферы, оба этих ученых не отрицают сам факт западного дрей-
фа литосферных плит, установленный как по отношению к Антарктиде,
так и относительно системы горячих точек.
Представляется поэтому, что приведенные выше новые идеи, касаю-
щиеся роли приливно-ротационного фактора, заслуживают серьезного
внимания. Они не противоречат основам теории тектоники литосфер-
ных плит, но могут ее дополнить и объяснить некоторые особенности
тектоники и магматизма, которые в ее первоначальной формулировке
оставались неосвещенными.
В связи с тем, что здесь шла речь о влиянии вращения Земли на гео-
динамику, стоит еще упомянуть о работе наших геофизиков [Гохберг и
др., 1995], установивших корреляцию короткопериодных (-20 лет) изме-
нений частоты вращения Земли и количества самых крупных (М>6) зем-
летрясений. Интерес представляет предложенное авторами статьи объяс-
Рис. 47. Возможные режимы течения астеносферы [Smith, Lewis, 1999]
Режимы показаны в традиционных плитно-тектонических моделях с использова-
нием горячих точек в качестве реперной сети и в дифференциальной ротационной
модели, в которой в качестве репера выступает ось вращения [Земли], а -течение типа
Куэтт, реперная сеть - горячие точки с фиксированной мезо-
сферой. Смещение плит краевыми силами вызывает волочение в кровле астеносфе-
ры; в - течение типа Куэтт, модель дифференциального вращения. Восточное смеще-
ние мезосферы вызывает волочение в подошве астеносферы во время вращения Зем-
ли. Течение, возникающее в астеносфере, вызывает волочение в подошве литосфе-
ры; с - плитные краевые силы, дополняющие мезосферное волочение, на примере
плиты Наска. Когда краевые силы преобладают, следствием является профиль тече-
ния Куэтт с уменьшающимся градиентом скорости; d - противотечение, реперная
сеть горячих точек с фиксированной мезосферой. Смещение плит краевыми силами
компенсируется астеносферным течением в противоположном направлении; е - про-
тивотечение, модель дифференциального вращения. Течение вызывается противопо-
ложно направленными смещениями на верхней и нижней границах астеносферы.
Представленная ситуация отвечает океанской плите, движимой к западу краевыми
силами
306
Глава 18
120° 180° 1200 60°
Рис. 48. Эоценово-современный внутриплитный вулканизм
Тихоокеанского бассейна [Smith, Lewis, 1999]
По-видимому, следует вдоль крупных зон разломов (заштрихованы), представля-
ющих траектории, где средний максимальный горизонтальный скалывающий стресс
(S) увеличен за счет взаимодействия плит на границах бассейна. Вулканизм в основ-
ном наблюдается там, где эти зоны пересекают смещающиеся к востоку области ас-
теносферы, контаминированной эродированной/деламинированной континентальной
мантией [Smith, Lewis, 1999]. Жирные стрелки показывают смещение плит по отно-
шению к фиксированной Антарктической плите. Плиты: РА - Тихоокеанская;
С - Кокос; NZ - Наска; PH - Филиппинская. Океанские острова и плато: А - Авст-
ральные-Кука; С - Каролинские; СЕ - Кобб-Эйкельберг, F - Фаундейшн; Н - Гавайи;
КВ - Кодиак-Боуи; L - Луисвилл; MQ - Маркизские; PG - Питкейрн-Гамбье;
S - Сосайети; SA - Самоа; SG - Сала-Гомес. Меркаторская проекция. Цифры указы-
вают возраст вулканических цепей в миллионах лет
нение связи этих явлений. Их источником они считают флуктуации про-
исходящие во внешнем жидком ядре Земли, вызываемые так называе-
мой композиционной конвекцией, возникающей вследствие кристалли-
зации железа на поверхности внутреннего ядра при остывании планеты
и последующего всплывания жидких элементов, обогащенных легкой ком-
Как работает машина Земля?307
понентой. Эта конвекция должна быть турбулентной, а благодаря вра-
щению Земли потоки жидкости, поднимающейся от внутреннего ядра
к мантии, закручиваются и приобретают спиральность. Эти возмуще-
ния могут приводить к давлению на нижнюю мантию, передающемуся
вплоть до земной коры. Они-то и способны вызывать, с одной стороны,
изменения интенсивности сейсмоактивности и, с другой, частоты враще-
ния Земли.
Изложенные соображения интересны тем, что в них делается по-
пытка связать процессы в самых глубоких недрах Земли, на границе
ее внешнего и внутреннего ядра, с процессами в земной коре и на ее по-
верхности.
В связи с оценкой роли ротационного фактора в геодинамике пред-
ставляет несомненный интерес и недавняя разработка М.А. Гончарова
[2002]. В этой работе ротационный фактор привлечен для объяснения
северного и западного дрейфа материков по отношению к Антарктиде;
используя известное в физике “правило буравчика”, М.А. Гончаров до-
пускает существование под Южным полюсом восходящего мантийного
потока, который вызывает дрейф континентов в направлении Северного
полюса и одновременно их западный дрейф против часовой стрелки.
ЛИТЕРАТУРА
Артюшков Е.В, Геодинамика. М.: Наука, 1979. 328 с.
Гончаров М.А, Западная и северная компоненты дрейфа континентов как
результат вынужденной конвекции в мантии по “правилу буравчика”
// Мат-лы совещания “Тектоника и геофизика литосферы”. Т. I. М.:
ГЕОС, 2002. С. 128-131
Гохберг М.Б., Барсуков О.М., Моисеев С.С., Некрасов К.К. О механизме
модуляции количества землетрясений от частоты вращения Земли //
Докл. РАН. 1995. Т. 341. №6. С. 813-815
Добрецов НЛ., Кирдяшкин А.Г. Применение двухслойной конвекции к
структурным особенностям и геодинамике Земли // Геол, и геоф. 1993.
№1. С. 3-26
Зоненшайн Л.П.. Кузьмин М.И. Внутриплитовый магматизм и его значе-
ние для понимания процессов в мантии Земли // Геотектоника. 1983.
№ 1. С. 28-45
Зоненшайн Л.П., Кузьмин М.И. Глубинная геодинамика // Геол, и геоф.
1993. №4. С. 3-12
308
Глава 18
Кропоткин П.Н., Ефремов В.Н., Макеев В.М. Напряженное состояние
земной коры и геодинамика // Геотектоника. 1987. № 1. С. 3-24
Кусков О.Л., Парфенов А.Б. Термодинамическая модель пиролитовой
мантии Земля на основе фазовой диаграммы FeO-MgO-SiO2// Геохи-
мия. 1991. № 12. С. 1779-1789
ЛобковскийЛ.И., Котелкин В.Д. Двухъярусная термохимическая конвек-
ция в мантии и ее геодинамические следствия // Проблемы глобаль-
ной геодинамики. М.: ГЕОС, 2002. С. 29-53
Монин А.С., Сорохтин О.Г. Эволюция Земли при объемной дифферен-
циации ее недр И ДАН СССР. 1982. Т. 263. № 3. С. 572-575
Пугцаровский Ю.М., Новиков В.Л., Савельев А.А., Фадеев В.Е. Неодно-
родности и конвекция в тектоносфере // Геотектоника. 1990. № 5.
С. 3-8
Сорохтин О.Г., Ушаков С.А. Глобальная эволюция Земли. М.: МГУ, 1991.
446 с.
Трубицын В.П., Бобров А.М. Эволюция структуры мантийной конвекции
после раскола суперконтинента И Изв. РАН. Физика Земли. 1993.
№ 9. С. 27-37
Трубицин В.П., Рыков В.В. Мантийная конвекция с плавающими конти-
нентами // Проблемы глобальной геодинамики. М.: ГЕОС, 2002. С. 7-28
Трубицын В.П., Бобров AM., Кубышкин В.В. Влияние континентальной
литосферы на структуру мантийной тепловой конвекции // Изв. РАН.
Физика Земли. 1993. № 5. С. 3-11
Тычков С.А. Конвекция в мантии и динамика платформенных областей.
Новосибирск: Наука, 1984. 96 с.
Хайн В.Е. Расслоенность Земли и многоярусная конвекция как основа
подлинно глобальной геодинамической модели // ДАН СССР. 1989.
Т. 308. №6. С. 1437-1440
Эз В.В. Складкообразование в земной коре. М.: Недра, 1985.240 с.
Anderson D.L. The perisphere-plume model // EOS, Trans. AGU. 1976. P. 769
Anderson D.L. Lithosphere, astenosphere and perisphere // Rev. Geoph. 1995.
Vol. 33. P. 125-149
Anderson D.L. The thermal state of the upper mantle: no role for mantle plumes
// Geophys. Res. Lett. 2000. Vol. 27. N 22. P. 3623-3626
Baksi A. Reevaluation of plate motions models based on hotspot traces in the
Atlantic and Indian oceans // J. Geol. 1999. Vol. 107. P. 13-26
Bostrom R.C. Tectonic consequences of the Earth’s rotation. Oxford Univers.
Press, 2000. 266 p.
Как работает машина Земля?
309
BottM.H.P. Ridge push and associated plate interior stress in normal and hot
spot regions // Tectonophysics. 1991. Vol. 200. P. 17-32
Brunet D., Yuen D.A. Mantle plumes pinched in the transition zone // Earth
Planet. Sci. Lett. 2000.Vol. 178. P. 13-27
Christensen U. Fixed hotspots done with the wind // Nature. 1998. Vol. 391.
P. 739-740
Di Venere Y, Kent D. V. Are the Pacific and Indo-Atlantic hotspots fixed?
Testing the plate-circuit through Antarctica // Earth Planet. Sci. Lett. 1999.
Vol. 170. P. 105-117
Doglioni C. The global tectonic pattern // J. Geodyn. 1990. Vol. 12. P. 21- 38
Elbinger J., Sleep N.H. Cenozoic magmatism throughout East-Africa resu 11 i i ip
from a single plume // Nature. 1998. Vol. 395. P. 788-790
Fisher KM., Creager K.C., Jordan T.N. Mapping the Tonga slab // J. Gcopli.
Res. 1990. Vol. 96. B. 9. P. 14.403-14.427
Forsyth D., Uyeda S. On the relative importance of driving forces of pint**
motion // Geoph. J. Roy. Astron. Soc. 1975. Vol. 43. P. 163-200
Fukao Y, Obayashi M., Inoue H, Nenfai M. Subducting slabs stagnant in I he
mantle transition zone // J. Geoph. Res. 1992. Vol. 97. N 4. P. 4809 48?.'.’,
Hales A.L. Gravitational sliding and continental drift // Earth Planet. Sci. I .ell.
1969. Vol. 6. P. 31-34
Hatby W.F., Weissel J.K. Evidence for small-scale mantle convection from
Seasat altimeter data // EOS. 1983. Vol. 64. P. 838
Honda S. A simple parameterized model of Earth thermal history wilh I tic
transitum from layered to whole mantle convection // Earth Planet. Sei. I л-ll.
1995. Vol. 131. P. 357-369
Kumazawa M., Maruyama S. Whole Earth tectonics // J. Geol. Soc. .lupini.
1994. Vol. 100. N l.P. 81-102
Kumazawa M., YoshidaS., Ito T, YoshiokaH. Archean-Proterozoie boundiiry
interpreted as a catastrophic collapse of the stable density stratification in
the core I I J. Geol. Soc. Japan. 1994. Vol. 100. N1. P. 50-59
Larson R.L. Latest pulse of the Earth: Evidence for a mid-Cretaceons .super-
plume//Geology. 1991. Vol. 19. P. 547-550
Larson R.L., Olson P. Mantle plumes control magnetic reversal frequency //
Earth Planet. Sci. Lett. 1991. Vol. 107. P. 437-447
Liu Han Shou. Convection generated stress field and intraplatc volcanism H
Tectonophysics. 1980. Vol. 40. N 1. P. 25-32
Machetel P, Weber P. Intermittent layered convection in a model with an
endothermic phase change at 670 km //Nature. 1991. Vol. 350. P. 55-57
310
Глава 18
Мао Н.К., Hemby RJ., Chen L.C. et al. Mineralogy of lower mantle, 670 km
(Mg, Fe)2SiO3, Fe/Mg=0,l in upper mantle and 0,2 in lower mantle //
XXVIII Intern. Geol. Congr. 1989. Abstr. Pap. Washington (D.C.). 1989.
Vol. 2. P. 364
Maruyama S., Kumazawa M., Kawakami S. Towards a new paradigm in the
Earth’s dynamics // J. Geol. Soc. Jap. 1994. Vol. 100. N 1. P.1-3
Menard H. The deep-ocean floor // Sci. Amer. 1969. Vol. 221. P. 126-145
Ranalli G. Westward drift of the lithosphere: not a result of rotational drag //
Geoph. J. Int. 2000. Vol. 141. P. 535-537
Ringwood A.E. Irjfune T. Nature of the 650 km seismic discontinuity:
Implications for mantle dynamics and differentiation // Nature. 1988.
Vol. 331. P. 131-136
Runcorn S.K. Polar path in geomagnetic reversals //Nature. 1992. Vol. 356.
P. 654-656
SandwellD.T., Shubert G. Evidence for retrograde lithospheric subduction on
Venus // Science. 1992. Vol. 257. P. 766-770
Smith A.D., Lewis Ch. Differential rotation of lithosphere and mantle and driving
forces of plate tectonics // J. Geodyn. 1999. Vol. 28. P. 97-116
Spakman W. Subduction beneath Eurasia in connection with the Mesozoic
Tethys // Geol. J. 1987. Vol. 65. N 2. P. 145-153
Tackley T.J. Mantle convection and plate tectonics: toward an integrated
physical and chemical theory // Science. 2000. Vol. 288. P. 2002-2007
TaitS., JahringK, Jaupart C. The planform of compositional convection and
chimney formation in a mushy layer//Nature. 1992. Vol. 359. P. 406-408
Turcotte D.L., Kay S.M. On the coupling between plate tectonics and mantle
convection // EOS. AGU Spring Meeting Abstr. 1992. Vol. 73, P. 272.
Valet J.-P, Courtillot V. Les inversions du champ magnetique terrestre //
Recherche. 1992. Vol. 246. N 9. P. 1002-1013
Van der Hilst R., Engdahl R., Spakman W, Nolet G. Tomographic imaging of
subducted lithosphere below northwest Pacific island arcs // Nature. 1991.
Vol. 353. P. 37-43
Vidale J.E., Benz H.M. Seismological mapping of fine structure near the base
of the Earth’s mantle // Nature. 1993. Vol. 361. P. 529-532
Ziegler PA. Plate moving mechanisms: their relative importance // J. Geol.
Soc. 1993. Vol. 150. P. 922-940
Zoback M.L. First and second-order patterns of stress in the lithosphere: the
World stress map project И J. Geoph. Res. 1992. Vol. 97. N 38. P. 11703-
11728
Глава 19
РАСШИРЯЕТСЯ ИЛИ СЖИМАЕТСЯ
НАША ПЛАНЕТА?
Существуют четыре точки зрения на изменение объема Земли в тече-
ние ее геологической истории. Первая из них была сформулирована в
1832 г. знаменитым французским геологом Л. Эли де Бомоном. Опираясь
на космогоническую гипотезу Канта-Лапласа об огненно-жидком про-
исхождении Земли, он высказал мысль, что Земля, остывая, сокращается
в объеме, что вызывает сжатие ее коры и, как следствие, складчатые де-
формации и образование горных систем. Взгляды Эли де Бомона легли в
основу тектонической гипотезы контракции, безраздельно господствовав-
шей в мировой науке в течение всей второй половины XIX столетия и
сохранившей немало сторонников в первой половине XX в. и даже от-
дельных в наши дни, например английский ученый Р. Литтлтон или ар-
мянский А.Т. Асланян.
Как известно, смена парадигм в космогонии, открытие радиоактив-
ности и шарьяжей на рубеже веков подорвали монопольное положение
контракционной гипотезы, показав, как выяснилось впоследствии, во мно-
гом ошибочно, что Земля родилась холодной и вовсе не обязана была
охлаждаться и что в ней существует мощный источник тепла, способный
воспрепятствовать охлаждению и, напротив, разогреть исходно холод-
ную планету. Это, по существу, открыло путь альтернативным пред-
ставлениям об изменениях объема Земли. Пытаясь усовершествовать
контракционную гипотезу, некоторые ученые (также в первой половине
XX в.), например американцы А. Грабау и У. Бухер и голландец Дж. Ум-
бгрове, выдвинули вместо нее гипотезу, получившую название пульса-
ционной. У нас она была поддержана и развита М.А. Усовым и В.А. Об-
ручевым. Ей симпатизировали также А.Д. Архангельский и автор этих
312
Глава 19
строк [Хайн, 1939]. В этой гипотезе допускалось, что радиус Земли попе-
ременно то увеличивается, то сокращается, а соответственно меняется и
объем Земли. Пульсационная гипотеза, несомненно, обладала определен-
ным преимуществом перед контракционной, объясняя более широкий круг
явлений, из которых одни - складко-, горо- и гранитообразование - при-
вязывались к фазам сжатия Земли, а другие - опускания, образование
разломов, излияния базальтов - к фазам расширения Земли. А. Грабау
объяснил пульсациями радиуса Земли и чередование трансгрессий и рег-
рессий в ее истории. Но в этих представлениях содержалось важное про-
тиворечие - в действительности события, относимые либо к фазам сжа-
тия, либо к фазам расширения Земли, происходят обычно одновременно.
Кроме того, не было предложено сколько-нибудь удовлетворительного
механизма пульсации.
В ЗО-е годы XX века, после того как получили известность идеи
А. Вегенера о дрейфе материков, о распаде Пангеи и раздвиговом проис-
хождении океанов, была выдвинута гипотеза расширяющейся Земли -
полная противоположность контракционной. Авторами ее были немец
О. Хильгенберг и венгр Л. Эдьед, но особенно много для ее развития и
популяризации сделал ныне здравствующий австралийский ученый
У. Кэри, профессор университета в Хобарте на о-ве Тасмания. Его книга
недавно вышла в русском переводе [Кэри, 1991]. Самой сильной сторо-
ной гипотезы расширяющейся Земли явилось объяснение ею новообра-
зования океанов.
Между тем в 60-е годы появилась гипотеза тектоники литосферных
плит, которая быстро завоевала роль господствующей парадигмы в на-
уках о Земле. Одним из постулатов этой гипотезы, превратившейся в те-
орию, явился постулат о неизменности объема Земли, следующий из те-
зиса о том, что спрединг, приводящий к образованию океанов, постоянно
автоматически компенсируется субдукцией - сколько океанской коры рож-
дается в процессе спрединга, столько же одновременно уничтожается в
процессе субдукции. Справедливость этого тезиса, по крайней мере в
первом приближении, доказывается палинспастическими реконструкци-
ями по палеомагнитным данным [Weijermars, 1989] и состоятельностью
построений об эволюции тройных сочленений.
Однако появление тектоники плит не привело к исчезновению со сце-
ны гипотезы расширяющейся Земли. Она стала привлекать ученых, ко-
торые ранее исповедовали фиксизм, но потом вынуждены были признать
раздвиговое происхождение океанов, ставшее очевидным с открытием
Расширяется или сжимается наша Земля?
313
линейных магнитных аномалий в океанах и результатами глубоководно-
го бурения. Важным дополнительным толчком к возрождению этой ги-
потезы было установление большой роли в структуре земной коры риф-
тогенных структурных продуктов растяжения. Гипотеза расширяющейся
Земли - это как бы “стыдливый мобилизм”. В отношении ее главной
идеи хорошо выразился наш геофизик и поэт А.М. Городницкий: “Спре-
динг без субдукции - это все равно, что лозунг батьки Махно “Советская
власть без большевиков”” (абсурдность этого лозунга, кстати, показала
наша послеперестроечная практика).
Тем не менее гипотеза расширяющейся Земли сохраняет определен-
ную популярность, особенно в нашей стране, представляя^ по существу,
единственную альтернативу тектонике плит, и это обязывает к ее крити-
ческому рассмотрению (более подробно и весьма убедительно предпри-
нятому в книге О.Г. Сорохтина и С.А. Ушакова [1991]). Сторонники дан-
ной гипотезы, допуская образование современных океанов лишь в сере-
дине мезозоя (согласно возрасту их коры) в результате расширения Земли,
вынуждены допустить, во-первых, что радиус Земли в палеозое был в
1,5 раза меньше современного, что уже само по себе малоправдоподобно,
во-вторых, что в палеозое никаких океанов не было, что противоречит
данным как палеобиогеографии, так и палеомагнетизма, в-третьих, что
одновременно с образованием глубоких океанских впадин образовался и
практически весь огромный объем заполняющей их воды, что не может
быть объяснено исходя из допустимых темпов дегазации недр при вулка-
нической деятельности (см. гл. 8).
Далее в этой гипотезе не находит сколько-нибудь удовлетворитель-
ного объяснения образование складчато-надвиговых горных сооружений,
явно формирующихся в обстановке интенсивного тангенциального сжа-
тия, а не расширения. Без допущения субдукции невозможно объяснить
асимметричное распределение океанской коры разного возраста в Тихом
океане, где возраст коры достигает среднеюрского на западе и не превы-
шает эоценовый на востоке, в то время как без субдукции следовало ожи-
дать симметричного распределения, как в Атлантическом океане. Ясно,
что на востоке Тихого океана доэоценовая кора была субдуцирована под
континенты Северной и Южной Америки, что косвенно доказывается
присутствием меловых и более древних офиолитов вдоль побережий обо-
их континентов. Я уже не говорю о том, что реальность субдукции доста-
точно убедительно подтверждена сейсмологией, сейсмотомографией, глу-
боководным бурением.
314
Глава 19
Очень серьезные, по существу, непреодолимые возражения вызывает
предполагаемый физический механизм расширения Земли. Два из пред-
ложенных механизмов явно противоречат законам физики; допущение
об увеличении радиуса Земли за счет приращения ее массы или за счет
изменения (уменьшения) гравитационной постоянной. В последнем слу-
чае требуется изменение этой величины в 8-10 раз (!). Несостоятельно и
предположение об увеличении радиуса Земли за счет ее гипотетического
разогрева, так как эффект такого разогрева был бы очень мал, а главное,
Земля не разогревается, а охлаждается.
Расширение Земли постулируется и в модели “изначально гидрид-
ной Земли” В.Н. Ларина [1980]. В этой модели принимается, что пер-
вичное вещество Земли состояло из гидридов металлов и растворов во-
дорода в металлах. После дегазации водорода часть металлов соедини-
лась с кремнием, образовав силициды, из которых сейчас и сложена
мантия. Предполагая, что сжимаемость гидридов выше, чем силицидов,
В.Н. Ларин приходит к выводу, что Земля в процессе замещения гидри-
дов силицидами значительно, в 1,8 раза, расширилась.
Развернутая критика гипотезы В.Н. Ларина содержится в книге
О.Г. Сорохтина и С.А. Ушакова [1991]. В ней указывается на чисто умоз-
рительный характер этой гипотезы, не подкрепленной ни фактическими
наблюдениями, ни экспериментальными данными, и на ряд противоре-
чий, ей свойственных. К главным из них относятся, во-первых, непра-
вильная оценка химического состава Земли, в частности содержания ес-
тественно-радиоактивных элементов; во-вторых, ошибочное предполо-
жение о большей сжимаемости гидридов металлов при высоких давлениях
по сравнению с самими металлами и их оксидами.
Итак, гипотеза расширяющейся Земли оказывается несостоятельной
как с геологической, так и с физической стороны. Контракционная и пуль-
сационная гипотезы также весьма уязвимы в обоих этих аспектах. Зна-
чит ли это, что радиус Земли действительно абсолютно неизменен, как
это постулируется классической, образца 1968 г., тектоникой плит? Ду-
мается, что ответ должен быть отрицательным.
Конечно, пульсационная гипотеза не дала убедительного объяснения
эндогенного развития Земли, прежде всего в силу одновременного про-
явления в земной коре деформаций сжатия и растяжения и отсутствия
адекватного механизма крупных пульсации. И тем не менее существуют
как прямые, так и косвенные свидетельства того, что пульсация объема
Земли происходит, хотя и в гораздо более скромном масштабе, чем то
Расширяется или сжимается наша Земля?
315
допускалось пульсационной гипотезой, в масштабе первых процентов от
земного радиуса/
К числу таких свидетельств относится наблюдаемое и в современ-
ную эпоху периодическое изменение скорости вращения Земли, которое
может обусловливаться изменением ее радиуса и должно сопровождать-
ся перестройкой ее фигуры (следствия последнего рассмотрены в гл. 14).
Важным свидетельством в пользу вероятности пульсации является
ярко выраженная периодичность изменений эндогенной активности Зем-
ли, с поочередным преобладанием признаков растяжения (увеличение
скорости спрединга, трансгрессии, рифтообразование, трапповый и ще-
лочно-базальтовый магматизм) и сжатия (уменьшение скорости спредин-
га, регрессии, складко- и надвигообразование, островодужный и окраин-
но-континентальный известково-щелочный магматизм, гранитообразо-
вание, региональный метаморфизм), находящихся в противофазе
(подробнее см. гл. 13). Логично предполагать, что это чередование объяс-
няется сменой эпох преобладания спрединга над субдукцией и коллизи-
ей вследствие некоторого уменьшения радиуса Земли и эпох преоблада-
ния конвергенции плит над их дивергенцией, естественно, на фоне дей-
ствия конвективных течений в мантии.
Существует и механизм, который способен объяснить эти предпола-
гаемые пульсации. Он был указан В.Л. Барсуковым и В.С. Урусовым
[1983]. Это фазовые превращения на глубине 400 км в верхней мантии, а
возможно, и на других границах (210,660 км) под влиянием чередования
эпох некоторого разогрева или охлаждения мантии. Мы видели выше (см.
гл. 13), что такой разогрев предполагается под литосферой в эпохи суще-
ствования суперконтинентов.
Можно пойти дальше и высказать предположение, что интенсивность
дифференциации на границах ядро/мантия и внешнее/внутреннее ядро
и мантийной конвекции и, следовательно, конвективного тепловыделе-
ния может меняться во времени и это приводит к периодическому отно-
сительному накоплению или “сбрасыванию” выделяющегося в недрах
планеты тепла.
Таким образом, некая доля истины в пульсационной гипотезе все же
имеется, но положения этой гипотезы могут рассматриваться лишь как
дополнение, а не замена тектоники плит, не ее альтернатива.
Но если Земля действительно пульсирует; то не присутствует ли в ее
пульсациях и определенная монотонная компонента, т.е. не происходит
ли все же, пусть и медленное, расширение или сжатие Земли? Относи-
316
Глава 19
тельно малой вероятности расширения уже говорилось выше1, а вот на-
растающее сжатие представляется возможным, исходя из следующих со-
ображений.
Во-первых, Земля, как и предполагалось контракционной гипотезой,
действительно охлаждается. Родившись если не полностью, то почти
полностью расплавленной, она сохранила к настоящему времени в этом
состоянии лишь свое внешнее ядро. Поэтому естественно ожидать, что
фазовые превращения в ее недрах идут преимущественно в сторону умень-
шения объема (правда, Е.Е. Милановским и Б.А. Мальковым [1985] вы-
сказано противоположное мнение).
Во-вторых, определения современного напряженного состояния зем-
ной коры показали, как это подчеркивали П.Н. Кропоткин и др. [1987],
что почти на всей поверхности Земли, кроме узких рифтовых зон океа-
нов и континентов, преобладают напряжения сжатия, т.е. земная кора в
целом в настоящее время испытывает скорее сжатие, чем растяжение.
В-третьих, как на это указал, в частности, А.Т. Асланян [1978], веко-
вое замедление вращения Земли, вызываемое тормозящим влиянием лун-
ных приливов, оказывается в действительности меныпе расчетного. Это
может быть объяснено обратным влиянием уменьшения земного радиу-
са и дает возможность рассчитать величину этого уменьшения, составля-
ющую, по А.Т. Асланяну, 0,42 мм в год.
Таким образом, существует большая вероятность того, что пульсация
Земли и действие тектоники плит происходят на фоне весьма медленно-
го, но неуклонного сжатия Земли, прерываемого фазами некоторого ее
расширения. Стало быть, Земля не расширяется, а скорее сжимается и
пульсирует - таков общий вывод из изложенного в данной главе.
Рассмотренная в этой главе проблема была специально проанализи-
рована в работе П.Н. Кропоткина и В.Н. Ефремова [1992]. Из этого ана-
лиза можно сделать прежде всего два вывода - о сложности самой про-
блемы и о невозможности априорного принятия допущения о полной
неизменности радиуса Земли в истории нашей планеты. Вместе с тем
все соображения о малом радиусе Земли в раннем докембрии выглядят
более чем гипотетично. В итоге П.Н. Кропоткин и В.Н. Ефремов прихо-
дят к заключению, совпадающему с заключением А.Н. Храмова [1983] и
1 Упомянем тем не менее, что в нашей стране имеются активные сторонники соче-
тания пульсации и расширения Земли во главе с Е.Е. Милановским. Был даже выпу-
щен специальный сборник на эту тему [Проблема..., 1984].
Расширяется или сжимается наша Земля?
317
Дж. Пайпера [Piper, 1982], о том, что докембрийский суперконтинент
существовал на планете с радиусом, близким к современному. Вместе с
тем, как уже указывалось, можно допустить, что в истории Земли проис-
ходили небольшие пульсационные.изменения ее радиуса, связанные с
фазовыми превращениями вещества в ее мантии, но отнюдь не с измене-
ниями величины гравитационной постоянной, как полагают П.Н. Кро-
поткин и В.Н. Ефремов вслед за Р. Дикке и что единодушно отвергают
физики.
Ссылаясь на палеомагнитологов, П.Н. Кропоткин и В.Н. Ефремов
указывают, что за последние 400 млн. лет размеры Земли не могли изме-
ниться больше чем на 5-6%, а среднее расширение радиуса не могло быть
больше 0,8%. При этом в герцинском цикле орогенеза радиус мог сокра-
щаться на 4,9 мм/год, в альпийском - на 3,8 мм/год, а в мезозое расши-
ряться на 4,7 мм/год (в период спокойного магнитного поля?). По астро-
номическим данным, приведенным в той же работе П.Н. Кропоткина и
В.Н. Ефремова, сокращение радиуса за последние 2 тыс. лет составляло
1. мм/год.
Обсуждение проблемы, затронутой в данной главе, продолжилось и
в последние годы. Е.Е. Милановский [1996] посвятил большую статью
корреляции фаз учащения инверсий геомагнитного поля, понижения уров-
ня Мирового океана и фаз усиления деформаций сжатия земной коры в
мезозое и кайнозое. Синхронность этих процессов приводит его к пред-
положению о “некоторых пульсационных изменениях объема ядра, кото-
рые вызывали периодические изменения напряженного состояния в ман-
тии и коре Земли и ее общего объема”.
В другой статье [Милановский, Милановский, 1999], посвященной
истории Индийского океана, тем же автором приводятся данные, свиде-
тельствующие, по его мнению, о расширении Земли за тот же период
времени. Е.Е. Милановский принимает в качестве исходной ту конфигу-
рацию Пангеи, которую предложил А. Вегенер, отмечая, что подобное
компактное расположение материков в составе Пангеи возможно только
в случае, если Земля в тот период своего существования имела меньший
объем, чем в настоящее время. Тем самым он подвергает сомнению ри-
совку Пангеи в реконструкциях современных мобилистов, основанную
на палеомагнитных данных, в которой обозначен крупный залив Панта-
лассы - реликт Палеотетиса на востоке Пангеи, разделяющий ее лавра-
зийскую и гондванскую части. По мнению Е.Е. Милановского, этот за-
лив, отвечающий Неотетису, образовался лишь в позднем мезозое в ре-
318
' Глава 19
зультате откалывания и смещения Индостана к югу, которое позднее сме-
нилось его обратным движением к северу и коллизией с Евразией. Обра-
зование же Неотетиса связывается с расширением Земли.
Сходных взглядов придерживаются некоторые китайские геологи, в
том числе такой крупный ученый, как Ван Хонжен [Wang et al., 1997].
Они отрицают существование в позднем палеозое - раннем мезозое круп-
ного и глубокого океанского бассейна на востоке современной Евразии,
указывая на обмен наземной фауной и флорой между его берегами. При
этом не придается значения существованию офиолитовых поясов и па-
леомагнитным данным, а также наличию в Восточном Тетисе многочис-
ленных микроконтинентов, мигрировавших с юга на север.
Что касается возможного расширения Земли, то ее критическая оцен-
ка была дана Н.В. Короновским с соавторами [2000] -в докладе на Все-
российском Тектоническом совещании 2000 года. В этом сообщении
его авторы присоединились к аргументам против расширения Земли
О.Г. Сорохтина и С.А. Ушакова, приведенным ранее в главе, а также со-
слались на результаты исследований австралийского ученого Г. Вильям-
са, который, изучив приливную периодичность осадконакопления в от-
ложениях с возрастом 600-700 млн. лет, пришел к заключению, что мо-
мент инерции и соответственно радиус Земли за это время не могли
измениться больше чем на 2-5% [Williams, 1990]. Далее авторы данного
сообщения отмечают неполноту аргументации Г. Вильямса и приводят
дополнительные аргументы против расширения Земли, основанные на
данных палеомагнетизма, палеонтологии и палеоклиматологии. В част-
ности, изучение периодичности роста кораллов показало, что изменение
радиуса Земли за последние 500 млн. лет составило 8-9 ± 3-4%.
Таким образом, сколько-нибудь существенное расширение в течение
фанерозоя представляется более чем маловероятным. Однако пульсация
объема нашей планеты в размере первых процентов ее радиуса остается,
на мой взгляд, в пределах возможного. В связи с этим следует упомянуть
недавнюю интересную работу американского геофизика Р. Шеридана
[Sheridan, 1997], который, в отличие от Е.Е. Милановского, увязывает
пульсации с тектоникой плит. Он основывается на периодических изме-
нениях скорости спрединга и сопряженных с ними эвстатических коле-
баниях уровня океана, изменениях частоты инверсий геомагнитного поля
(использованных и в построениях Е.Е. Милановского). Причину этих
периодических изменений Р. Шеридан усматривает в изменениях режи-
ма мантийной конвекции, связанных с квазипериодическим усилением
Расширяется или сжимается наша Земля?
319
апвеллинга плюмов от границы мантия/ядро и слоя Д". На время более
коротких (10-40 млн. лет) периодов усиления апвеллинга приходятся
интервалы спокойного магнитного поля, а его ослабления (90-100 млн.
лет) - учащения инверсий. С этой цикличностью увязываются цикли-
ческие “сборка” и распад суперконтинентов. Намеченная Р. Шериданом
для фанерозоя подобная цикличность в общем совпадает с циклами Бер-
трана (см. гл. 13).
ЛИТЕРАТУРА
Асланян А.Т. К расчету скорости векового изменения радиуса Земли //
Изв. АН АрмССР. Науки о Земле. 1978. № 5. С. 3-22
Барсуков В.Л., Урусов В.С. Фазовые превращения в мантии и расшире-
ние Земли // Природа. 1983. № 5. С. 16-25.
Короновский Н.В., Герасимов И.А., Копаев А.В. и др. О пределах воз-
можного увеличения радиуса Земли в геологическом прошлом на ос-
нове анализа эволюции системы Земля-Луна И Мат. Совещ. “Общие
вопросы тектоники. Тектоника России”. 2000. С. 235-238
Кропоткин П.Н., Ефремов В.Н. Изменение радиуса Земли в геологиче-
ском прошлом И Геотектоника. 1992. № 4. С. 3-14
Кропоткин П.Н., Ефремов В.Н, Макеев В.М. Напряженное состояние
земной коры и геодинамика // Геотектоника. 1987. № 1. С. 3-24
Кэри У. В поисках закономерностей развития Земли и Вселенной: Исто-
рия догм в науках о Земле. М.: Мир, 1991.448 с.
Ларин В.Н. Гипотеза изначально гидридной Земли. 2-е изд. М.: Наука,
1980. 216 с.
Милановский Е.Е. О корреляции фаз учащения инверсий геомагнитного
поля, понижений уровня Мирового океана и фаз усиления деформа-
ций сжатия земной коры в мезозое и кайнозое И Геотектоника. 1996.
№1.С. 3-11
Милановский Е.Е., Мальков Б.А. Фазовые превращения воды в мантии -
вероятный механизм пульсационного расширения Земли // Докл. АН
СССР. 1985. Т. 280. № 3. С. 696-700
Милановский Е.Е., Милановский В.Е. Основные этапы истории форми-
рования ложа Индийского океана И Геотектоника. 1999. № 1. С. 44-63
Проблема расширения и пульсации Земли. Е.Е.Милановский - ред. М.:
Наука, 1984. 192 с.
Сорохтин О.Г, Ушаков С.А. Глобальная эволюция Земли. М.: МГУ, 1991.
446 с.
320 Глава 19
Хайн В.Е. Осцилляционный ритм земной коры И Бюл. МОИП. Отд. геол.
1939. Вып. 1. С. 56-82
Храмов А.Н. Глобальная реконструкция положения древних кратонов
в позднем докембрии И Палеомагнетизм верхнего докембрия СССР.
Л.: ВНИГРИ, 1983. С. 127-137
Piper J.D.A. The Precambrian paleomagnetic record: The case for Proterozoic
supercontinent//Earth Planet. Sci. Lett. 1982. Vol. 59. N 1. P. 61-89
Sheridan R.E. Pulsation tectonics as a control on the dispersal and assembly of
supercontinents // J. Geodyn. 1997. Vol. 23. N 3/4. P. 173-196
Wang Hongzhen, Li Xiang, Mei Shilong, Zhang Shilong. Pangaea cycles, Earth’s
rhytms and possible Earth expansion // Proc. 30th Intern. Geol. Congr. 1997.
Vol. l.P. 111-128
Weijermars R. Global tectonics since the breakup of Pangea 180 million years
ago: Evolution maps and lithospheric budjet // Earth Sci. Rev. 1989.
Vol. 26. N 2. P. 113-162
Williams G. Tidal rhytmites: Key to the history of the Earth rotation and the
lunar orbit // Phys. Earth Planet. Inter. 1990. Vol. 38. P. 475-491
Глава 20
ЗЕМЛЯ И КОСМОС:
ВЛИЯНИЕ КОСМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
НА РАЗВИТИЕ ЗЕМЛИ
Специалисты все больше осознают, что геологические процессы и
развитие Земли невозможно правильно понять, не учитывая того, что Зем-
ля существует и развивается в космическом окружении. Тем более что
само это окружение в наши дни исследуется все более интенсивно и ста-
новится нам все лучше и полнее известным.
Изучая проблему воздействия на Землю окружающей космической
среды, следует расчленить ее на несколько сторон, или аспектов.
Первый аспект - это взаимодействие Земли с ближним космосом,
прежде всего с ее спутником Луной. К влиянию ближнего космоса можно
также отнести воздействие на Землю падения метеоритов, астероидов и
столкновение с Землей комет.
Второй аспект - влияние на Землю процессов, происходящих на Солн-
це: инсоляции, солнечного ветра и изменений параметров ее обращения
по околосолнечной орбите (эксцентриситета орбиты, наклона оси вра-
щения, прецессии).
Третий аспект - влияние на Землю газопылевых скоплений, встреча-
емых ею в составе Солнечной системы на пути по галактической орбите.
Рассмотрим последовательно все три аспекта, помня, что частично о
них уже говорилось.
Взаимодействие Луны и Земли выражается прежде всего в твердых
приливах, вызываемых лунным притяжением. Как отмечалось в главах 2
и 13, роль этих приливов была наиболее значительной на ранних стади-
ях развития Земли, до 3,2 млрд, лет т.н., когда Луна еще находилась на
322
Глава 20
небольшом расстоянии от Земли. Тогда лунные приливы, точнее вызыва-
емый ими диссипативный разогрев поверхностных слоев твердой Зем-
ли, вносил достаточно весомый вклад в тепловой баланс планеты, как
это было показано О.Г. Сорохтиным и С.А. Ушаковым [1991]. В дальней-
шем этот вклад существенно уменьшился и в современную эпоху уже не
имеет серьезного значения.
Однако гравитационное притяжение Луны оказывает определенное
влияние на сейсмическую активность Земли, обусловливая ее суточную
и более крупную, 10,-летнюю периодичность.
Гораздо большее, едва ли не решающее значение в эволюции Земли
взаимодействию ее с Луной придается в оригинальной концепции, раз-
виваемой Ю.Н. Авсюком [1993]. В противоположность общепринятому
представлению о непрерывном, в течение всей геологической истории,
удалении Луны от Земли и уменьшении скорости вращения последней
вследствие приливного торможения, Ю.Н. Авсюк считает, что расстоя-
ние между Луной и Землей должно было периодически изменяться в оп-
ределенных пределах (от 55 до 65 земных радиусов). Причиной этого
должно было быть смещение внутреннего твердого ядра Земли, как бы
взвешенного в жидком внешнем ядре под влиянием того же приливного
воздействия Луны. Это смещение находит; по мнению Ю.Н. Авсюка, от-
ражение в изменении положения оси вращения Земли и силы тяжести на
ее поверхности. Изменение в соотношении момента прямого приливно-
го воздействия Луны и момента, соответствующего изменению силы тя-
жести из-за смещения внутреннего ядра и служит, по данной гипотезе,
причиной изменения расстояния между Луной и Землей.
Принимая такие периодические изменения, Ю.Н. Авсюк выводит из
них следствия, важные для геологии. В частности, при сближении Луны
и Земли наклон экватора к эклиптике должен был уменьшиться, и это
должно было способствовать глобальному похолоданию климата и мог-
ло явиться причиной глобальных оледенений. А поскольку периодичность
таких глобальных ледниковых периодов составляет 200-250 млн. лет, то
этой цифрой Ю.Н. Авсюк оценйвает и полный период изменения рассто-
яния Земля-Луна. Другое возможное следствие - изменение скорости
вращения Земли в пределах десятка минут и полярного сжатия порядка
2-2,5 км. Результатом последнего должны явиться трансгрессия в низ-
ких широтах и регрессия в экваториальных при приближении Луны к
Земле и обратный ход событий при ее удалении. Периодические прояв-
ления орогенеза, а также инверсии магнитного поля и изменения напря-
Земля и космос: влияние космических процессов...
323
женного состояния недр Земли тоже связываются автором данной гипо-
тезы с изменениями расстояния Земля-Луна и интенсивности прилив-
ного воздействия последней.
Как видно из ее краткого изложения, гипотеза Ю.Н. Авсюка претен-
дует на объяснение целого комплекса важнейших геологических процес-
сов. Оценка положенного в ее основу механизма приливного воздействия
Луны на положение внутреннего ядра Земли, особенно с количественной
стороны, должна принадлежать астрономам и геофизикам. Нельзя, одна-
ко, не обратить внимания на то, что постулируемая периодичность из-
менения расстояния Земля-Луна выводится не из физических парамет-
ров, а из предполагаемых геологических следствий - из периодичности
глобальных оледенений. Кстати, периодичность последних, принимае-
мая Ю.Н. Авсюком, выдерживается лишь в фанерозое, но не в докемб-
рии. Кроме того, не находит подтверждения в геологическом материале
предполагаемая им противоположность знака изменений уровня океана
в высоких и низких широтах.
Второй аспект рассматриваемой здесь проблемы - влияние на Землю
процессов, происходящих на Солнце, и изменений параметров ее обра-
щения по околосолнечной орбите. Что касается первого вопроса, то пред-
ставляется, что наиболее заметна здесь роль колебаний солнечной актив-
ности в изменениях земного климата с периодичностью в 9,30 и 90 лет и
более, находящих свое отражение в седиментационной наноциклично-
сти, наиболее полно и детально описанной С.Л. Афанасьевым [1991], ис-
пользовавшим ее для определения абсолютного возраста осадочных фор-
маций. Важно заметить, что подобная климатическая, солнечно-обуслов-
ленная наноцикличность была установлена в отложениях широкого диа-
пазона, как возрастного - до 700 млн. лет, так и генетического -
ледниковые ленточные глины, эвапориты, карбонаты.
Большую известность и практически всеобщее признание после от-
крытия в 70-е годы периодических вариаций изотопных отношений кис-
лорода в осадках кернов глубоководного морского бурения получила тео-
рия сербского ученого М. Миланковича о роли изменения параметров
вращения Земли в климатических колебаниях, ответственных, в частно-
сти, за смену ледниковых и межледниковых эпох. Именно эта смена и
находит отражение в изменениях отношения изотопов кислорода 16О и
“О1.
1 Дело в том, что более легкий изотоп кислорода в большей степени испаряется из
морской воды и концентрируется в ледниках.
324
Глава 20
М. Миланковичем было предсказано проявление циклов трех поряд-
ков: 21 тыс. лет - изменение прецессии равноденствия, зависящей от по-
ложения линии пересечения плоскости эклиптики с плоскостью эквато-
ра; 41 тыс. лет - изменение наклона самой эклиптики, т.е. угла между
плоскостью орбиты Земли и плоскостью земного экватора; 90 тыс. лет -
изменение эксцентриситета земной орбиты (степени ее отклонения от
окружности). Если первоначально циклы М. Миланковича получили под-
тверждение при анализе данных за последние 700 тыс. лет, отвечающих
последнему палеомагнитному хрону Брюнес, то в дальнейшем их прояв-
ление стало обнаруживаться, подобно менее крупной седиментационной
цикличности, и для более древних отложений, в том числе палеозойских,
сформированных не только в периоды великих оледенений, но и во вне-
ледниковые интервалы истории Земли.
Появились также указания на существование дополнительной цик-
личности в 13,19 и 23 тыс. лет, связанной с изменением расстояния меж-
ду Землей и Солнцем [Кузнецов и др., 1991].
Итак, мы кратко остановились на геологической, в основном клима-
тической, цикличности двух порядков: 10-103 и 104-106 лет. Первая кате-
гория является порождением изменений солнечной активности и обра-
щения Земли вокруг Солнца. Но существует третий, еще более важный
порядок - от 107 до 108 лет - цикличности, глубоко затрагивающей как
условия на земной поверхности, так и эндогенный режим Земли и свя-
занной уже с условиями существования не только нашей планеты, но и
всей Солнечной системы в более широком космическом пространстве - в
масштабе нашей Галактики. Речь идет о тектонических (тектоно-магма-
тических) циклах трех главных порядков: .1) 30-40, 2) 200-250, 3) 500-
600 млн. лет; последние два известны под названиями соответственно
циклов Бертрана и циклов Вилсона [Хайн, 1992].
В литературе уже неоднократно делались попытки связать проявле-
ние циклов Бертрана с изменениями космической среды на пути Земли в
составе Солнечной системы в ее перемещении по галактической орбите.
Основанием для такого вывода являлось прежде всего совпадение про-
должительности галактического года, т.е. времени полного обращения
Земли и Солнечной системы по этой орбите, с продолжительностью ука-
занных циклов. Серьезная попытка уточнить эти представления была
предпринята в последнее время Н.А. Ясамановым [1992].
Понятие галактического, или сидерического года было введено в на-
уку известным русским астрономом П.П. Паренаго для периода обраще-
Земля и космос: влияние космических процессов...
325
ния Солнца и всей Солнечной системы вокруг центра Галактики, уста-
навливаемого по одному видимому обороту Солнца по небесной сфере
относительно неподвижных звезд. П.П. Паренаго определил длительность
галактического года в 212 млн. лет. Недавно петербургский исследова-
тель Ю.А. Заколдаев [1992] уточнил эту цифру до 217 млн. лет. Исходя из
чисто геологических соображений, Н.А. Ясаманов предпочитает значе-
ние в 215 млн. лет, но, на мой взгляд, все это не столь принципиально.
Вместо определенного таким образом понятия галактического года в
литературе стала широко использоваться под тем же наименованием дру-
гая константа - 176 млн. лет, названная П.П. Паренаго аномалистичес-
ким годом и отвечающая промежутку времени между двумя последова-
тельными прохождениями центра Солнца через перигей его орбиты.
Так как галактическая орбита не круговая, а эллиптическая, то усло-
вия, в которых находится Солнечная система, а значит, и наша Земля в ее
крайних точках - в перигалактии и апогалактии, существенно различа-
ются. Согласно соображениям Н.А. Ясаманова [1992], “в перигалактии
интенсивность солнечной радиации, достигающей земной поверхности,
уменьшается вследствие прохождения Солнечной системой струйных
потоков вещества, состоящего из смеси космической пыли и газовых эма-
наций. В это время на Земле усиливается вулканическая и сейсмическая
активность, увеличивается скорость движения литосферных плит, про-
исходит общее воздымание материков, возникают срединно-океаниче-
ские хребты, усиливается образование глубинных разломов. Возмож-
но, в отдельные отрезки времени в перигалактии несколько снижается
температура Солнца. Это вместе с затрудненностью проникновения сол-
нечной радиации сквозь газопылевое облако вызывает не только глобаль-
ное похолодание, но и в отдельных случаях может способствовать и ари-
дизации.
В апогалактии при прохождении Солнечной системой пространства,
свободного от газопылевых облаков, усиливается интенсивность косми-
ческой и солнечной радиации, достигающей земной поверхности. Это и
является одной из причин глобального потепления на Земле. Но кроме
климатических воздействий нахождение Солнечной системы в апогалак-
тии приводит к смене растяжений на преобладающее сжатие. А это, в
свою очередь, резко снижает скорость спрединга, приводит к преоблада-
нию субдукции и вытеснению на поверхность глубинных вод. Именно в
это время чаще, чем в другие сезоны (имеются в виду “сезоны” галакти-
ческого года - В.Х.), происходит столкновение литосферных плит и уси-
326
Глава 20
ливаются так называемые колебательные движения на крупных устой-
чивых геоструктурных блоках земной коры.
Во время средних периодов на Земле космические и планетарные
процессы протекают более или менее плавно и случаются меньшие по
масштабам катастрофические события” (с.373-374).
Разумеется, нарисованная Н.А. Ясамановым картина является сугу-
бо гипотетической и основана на истолкованном определенным образом
эмпирическом геологическом материале. Наиболее реальным в этих пред-
ставлениях является соображение о том, что в движении по своей галак-
тической орбите Солнечная система должна пересекать один из двух
струйных потоков галактики “и в эти моменты объекты Солнечной си-
стемы подвергаются сильному воздействию со стороны присутствующих
в галактических струях образований, преимущественно галактических
комет” [Баренбаум, 1991, с.ЗО].
В работах как Ю.А. Заколдаева, так и Н.А. Ясаманова далее обсужда-
ется вопрос о делении галактического года на менее крупные, также цик-
лически повторяющиеся, но неравновеликие в силу эллиптичности га-
лактической орбиты отрезки, нередко отождествляемые с “сезонами” га-
лактического года. Ю.А. Заколдаев [1992] принимает длительность таких
“сезонов” в 35, 56,70 и снова 56 млн. лет. Эти значения были получены
исходя из статистической обработки усредненных геохронологических
шкал фанерозоя, в которых, по заключению Ю.А. Заколдаева, “достаточ-
но отчетливо выделяются циклы продолжительностью Т - 217 млн. лет,
состоящие из любых четырех последовательно сменяющих друг друга
геологических периодов разной длительности, млн. лет: Т^- 35, Т - 56,
Т3- 70 и Т4-56” [Заколдаев, 1992, с.71].
Несколько иную продолжительность этих частных циклов принима-
ет Н.А. Ясаманов [1992], исходя, по его собственным словам, из “анали-
за геологической истории, тектонических и биотических событий, раз-
вития климата, изменений атмосферы, гидросферы и ландшафтных об-
ластей суши” (с.374). По соображениям Н.А. Ясаманова, галактический
год состоит из одного цикла длительностью 30 млн. лет, отвечающего
времени нахождения Солнечной системы в перигалактии, одного длин-
ного - 85 млн. лет, соответствующего времени нахождения в апогалак-
тии, и двух средних по продолжительности периодов, равных 50 млн.
лет. В фанерозое (начиная с венда) можно выделить, по Н.А. Ясаманову,
три галактических года- вендско-ордовикский, силурийско-среднедевон-
ский и позднетриасово-ранненеогеновый. В каждый из частных циклов
Земля и. космос: влияние космических процессов... Х)Л
происходили определенные геологические события. Короткие циклы ха
растеризовались климатическими перестройками, выражавшимися либо
оледенениями (V, PZ3), либо аридизацией, усилением вулканической и
тектонической активности, вымираниями и обновлениями органически
го мира. Для длинных периодов были характерны жаркие и влажные ус
ловия, развитие глобальных трансгрессий, активное перемещение лито-
сферных плит; внутриплитный вулканизм, рост срединно-океанских хреб-
тов и т.д. Гипотетичность этих построений, но одновременно и интерес к
ним самоочевидны.
На основе выделения галактических годов длительностью I'» млн.
лет Н.А. Ясаманов [1992] предлагает реформировать геохронологиче-
скую шкалу, расчленив ее на 22 галактических года, начиная с -Iмлн.
лет. В другой работе, написанной при участии автора [Ханн, Мелмаков,
1993], на той же основе плюс выделение аномалистических i один пред-
лагается шкала тектонической периодизации истории Земли.
Во введении к данной главе отмечалось, что рассматриваемая в ней
проблема имеет три аспекта. Первый из них - взаимодействие Земли с
ближним космосом, и прежде всего со своим спутником Лупой. В этом
плане были изложены идеи Ю.Н. Авсюка, касающиеся взаимодействия
Земли и Луны и возможного периодического изменения расстояния меж-
ду ними, приводящего к различным геологическим следствиям. Свою
гипотезу Ю.Н. Авсюк продолжал развивать и в последние годы |Авсюк,
1999].
Тем временем в несколько ином ракурсе проблема взаимодействия
Земли и Луны была рассмотрена американским геофизиком I*. Костро-
мой [Bostrom, 2000], о взглядах которого частично ужо упоминалось
в главе 18 и еще будет говориться в главе 21. Здесь отме тим главное -
Р. Востром рассматривает Землю и Луну как двойную планету, общий
барицентр которой находится вне Земли, и считает прилшпюе воздей-
ствие Луны на Землю гораздо более важным процессом, чем обычно счи-
тается. Он полагает, что эффект этого гравитационною воздейс твия не
полностью диссипирует в мелких морях и земной кори, л накапливается
и приводит к восточному дрейфу мезосферы, передающемуся астенос-
фере и, в конечном счете, литосфере (подробнее см. гл. 18).
К тому же аспекту влияния па Землю ближнего космоса ав тор отнес в
первом издании книги и импактпое воздействие MCTeopirion, ас тероидов
и комет. Представляется, что это было сделано не вполне удачно. Во-пер-
вых, характер этого воздействия совсем иной, чем взаимодействие в си-
328
Глава 20
стеме Земля-Луна. Во-вторых, по крайней мере кометы могут приходить
к нам из области Космоса, лежащей за пределами Солнечной системы
(см. ниже) и, следовательно, к ближнему Космосу уже не относятся.
Как бы то ни было, следует подчеркнуть, что интерес к этому аспекту
взаимодействия Земля-Космос не только не ослабевает, а скорее усили-
вается, особенно в связи с проблемой массовых вымираний живых орга-
низмов, рассмотренной в главе 11. Кроме того, уже отмечалась роль ме-
теоритной бомбардировки на самой ранней стадии развития Земли (см.
гл. 2). Но дело этим не исчерпывается. Внимание привлекает совпадение
во времени столкновений Земли с астероидами и крупных излияний пла-
тобазальтов, в частности на рубежах мел-палеоген (траппы Декана) и
пермь-триас (тунгусские траппы). Этот аспект проблемы уже непосред-
ственно перекликается с другим ее аспектом - влиянием на Землю газо-
пылевых скоплений при ее обращении по галактической орбите в соста-
ве Солнечной системы.
Этот последний вопрос продолжал активно разрабатываться А.А. Ба-
ренбаумом при участии Н.А. Ясаманова [Баренбаум, Ясаманов, 1998,1999
и др.] в связи с объяснением феномена массовых вымираний и уточне-
нием геохронологической шкалы. А.А. Баренбаум, исходя из гипотезы
Дж. Джинса о струйном истечении газопылевого вещества из ядерного
диска спиральных галактик, полагает, что “Солнце при орбитальном дви-
жении в Галактике время от времени пересекает струйные потоки такого
вещества, и в такие моменты все объекты Солнечной системы, включая
нашу Землю, испытывают воздействие со стороны движущихся в таких
потоках образований и, в частности, подвергаются бомбардировке галак-
тическими кометами” (рис. 49).
Предполагая, что именно такие бомбардировки являются главной
причиной массовых вымираний, А. А. Баренбаум и Н.А. Ясаманов исполь-
зуют их в качестве индикатора времени подобных бомбардировок. Для
уточнения используются расчетные данные, полученные на основе при-
нятой А. А. Баренбаумом [2002] физической модели -двуспиральной кон-
струкции Галактики.
В своих работах А.А. Баренбаум уточняет период обращения Солнца
и Солнечной системы по галактической орбите, принимая его равным
250 млн. лет.
Галактические кометы разрушаются в атмосфере Земли, но спос-
обны, по А.А. Баренбауму, вызвать на ее поверхности колоссальные раз-
рушения благодаря образованию мощной ударной волны. Массовые
Земля и космос: влияние космических процессов...
329
Рис. 49. Проекция солнечной орбиты (пунктир)
на галактическую плоскость (по А.А. Баренбауму)
На орбите кружками с цифрами отмечены положения Солнца в моменты време-
ни, соответствующие пересечению им струйных потоков Галактики. Ромбик - совре-
менное положение Солнца. Г.ц. - галактический центр. Большой штрих пунктирный
круг с центром в точке Г.ц. - радиус коротации Галактики. Стрелка указывает направ-
ление орбитального движения Солнца. 1-1V - номера четырех галактических рука-
вов. Черные точки - гигантские молекулярные облака, выступающие одним из инди-
каторов галактических ветвей
вымирания могли быть следствием такого воздействия, а последнее по-
добное событие, по тому же автору, могло иметь место на границе неоге-
на и квартера.
Проникнув в Солнечную систему, галактические кометы пересекают
ее астероидный пояс и вступают в столкновение с астероидами, образуя,
по А.А. Баренбауму, гибридные тела - кометоастероиды ледяного-камен-
ного состава.
По соображениям все того же исследователя, падения на Землю га-
лактических комет повторялись каждые 19-37 млн. лет, а крупных асте-
роидов - раз в 2,9 млн. лет, причем последнее могло происходить и в
эпоху кометной бомбардировки, усугубляя ее эффект. При этом наиболь-
330
Глава 20
шей интенсивности “кометные ливни” достигают в эпохи, когда Солнеч-
ная система оказывается одновременно и в струйных потоках, и в спи-
ральных рукавах галактики. Это совпадение и приводило, по А.А. Ба-
ренбауму, к “великим” вымираниям (см. гл. 11).
В связи с затронутой в данной главе проблемой представляют еще
определенный интерес соображения астронома Ю.В. Баркина, высказан-
ные в совместной с Н.А. Божко работе [Божко, Баркин, 2002] (см. выше,
гл. 13). Согласно Ю.В. Баркину, оболочки небесных тел испытывают
трансляционные смещения вследствие гравитационных взаимодействий
с внешними телами и друг с другом. Внешние тела, например Луна, по
отношению к Земле своим гравитационным влиянием сообщают различ-
ные ускорения центрам масс оболочек. В результате возникают “гигант-
ские”, по мнению Ю.В. Баркина, направленные напряжения между обо-
лочками, в частности верхней и нижней мантией, мантией и ядром Зем-
ли, на несколько порядков большие классической приливной силы в
системе Земля-Луна. Воздействие внешнего тела меняется во времени
циклически, и это находит отражение в циклических вариациях напря-
женного состояния оболочек “с самыми разнообразными периодами - от
долей суток до сотен миллионов лет”. Эти воздействия на оболочки Зем-
ли передаются через возмущения орбитальных движений Луны, Солнца
и планет, вызванные притяжением Галактики и галактическим движе-
нием Солнечной системы. Эти вариации напряженного состояния пла-
неты приводят к планетарным геологическим и геофизическим перестрой-
кам, обладающим свойствами цикличности, полярности, асимметрии и
др. Основными тенденциями являются, по Ю.В. Баркину: 1 - упорядо-
ченность, направленность и цикличность; 2 - проявление антисиммет-
рии при смене геодинамических обстановок в противоположных полу-
шариях Земли; 3 - неравномерный ход смещений оболочек и вариации
активности геодинамических процессов.
ЛИТЕРАТУРА
Авсюк Ю.Н. Эволюция системы Земля-Луна и ее место среди проблем,
нелинейной геодинамики // Геотектоника. 1993. № 1. С. 13-22
Авсюк Ю.Н. Глобальные изменения среды и климата в сопоставлении с
приливной моделью эволюции системы Земля-Луна // Геофизика на
рубеже веков. М. 1999. С. 93-106
Афанасьев С.Л. Современные седиментационные наноциклы - 9,30; 31,2,
87,6; 108,6; 451,8 лет - и циклы Кондратьева генерируются Луной и
Земля и космос: влияние космических процессов...
331
Солнцем // Циклы природных процессов, опасных явлений и эколо-
гическое прогнозирование. М. 1991. Вып. 1. С. 148-154
Баренбаум А.А. Мегацикличность геологических процессов и эволюция
Галактики // Циклы природных процессов, опасных явлений и эко-
логическое прогнозирование. М. 1991. Вып. 1. С. 27-43
Баренбаум А.А. Галактика; Солнечная система. Земля. Соподчиненные
процессы и эволюция. М.: ГЕОС, 2002. 392 с.
Баренбаум А.А., Ясаманов Н.А. Кометы и геологическая история Земли
// Наука в России. 1998. № 4. С. 42-47
Баренбаум А.А., Ясаманов Н.А. Геохронологическая шкала как объект
приложения астрономической модели // Вести. МГУ, Геол. 1999. № 1.
С. 12-18
Божко Н.А., Баркин Н.В. Суперконтинентальная цикличность и ее воз-
можные механизмы // Ломоносовские чтения 2002 года. М.: МГУ.
2002. С. 4-6
Заколдаев Ю.А. Галактический год и глобальные геологические циклы
// Концептуальные основы геологии. (Зап. СПб. горн, ин-та. Т. 134).
СПб. 1992. С. 70-76.
Кузнецов О.Л. Берри Б.Л., Баренбаум А.А. Природные циклы и экологи-
ческое прогнозирование И Циклы природных процессов, опасных
явлений и экологическое прогнозирование. М. 1991. Вып. 1. С. 6-26
Сорохтин О.Г, Ушаков С.Л. Глобальная эволюция Земли. М.: МГУ, 1991.
446 с.
Хайн В.Е. Циклы Вилсона и циклы Бертрана // Докл. РАН. 1992. Т. 325.
№ 3. С. 557-559
Хайн В.Е., Ясаманов Н.А. Крупнейшие тектонические события и галак-
тическая орбита И Докл. РАН. 1993. Т. 331. № 5. С. 594-596
Ясаманов Н.А. Галактический год и периодичность геологических со-
бытий // Докл. РАН. 1992. Т. 328. № 3. С. 373-375
Ясаманов Н.А. Опыт построения шкалы геологического времени на ос-
нове цикличности геологических событий и астрономических дан-
ных // Докл. РАН. 1992. Т. 328. № 4. С. 487-489
Bostrom R.C. Tectonic consequences of the Earth’s rotation. Oxford Univers.
Press, 2000. 266 p.
Глава 21
ЗЕМЛЯ - УНИКАЛЬНАЯ ПЛАНЕТА
Чем больше мы узнаем о Земле и о космосе, тем очевиднее стано-
вится, что наша планета уникальна. Несмотря на то что она всего лишь
одна из девяти планет Солнечной системы, а Марс, Меркурий и особен-
но Венера - ее близкие родственники, да еще недавно в окрестностях
некоторых звезд были обнаружены другие планеты, уникальность Зем-
ли вряд ли подлежит сомнению. Она проявляется наиболее ярко в том,
что на ней расцвела органическая жизнь и появился Человек разумный -
высшее порождение этой жизни. Но предпосылкой образования биосфе-
ры и возникшей из нее ноосферы явились также уникальные особеннос-
ти “неорганической жизни” Земли, ее строения, состава и развития. Ко-
нечно, это прежде всего наличие кислородно-азотной атмосферы и гид-
росферы - продуктов дегазации твердой Земли, а также почвенного слоя,
образовавшегося в результате взаимодействия верхней части земной коры
с атмосферой, гидросферой и биосферой. Все вместе они составили ту
природную среду, в которой происходило развитие биосферы и затем
ноосферы. Однако более глубокий субстрат Земли также вполне специ-
фичен - это верхние слои земной коры, ее осадочная и гранито-гнейсо-
вая оболочки. Роль свойственной только Земле верхней гранито-гнейсо-
вой континентальной коры, несомненно, достаточно велика. Она - пер-
воисточник жизненно важных для развития цивилизации металлов -
железа, марганца, меди, олова, цинка, свинца, урана и ряда другйх.
Не менее важна и роль осадочной оболочки - стратисферы - главного
источника фосфора, осадочных руд железа, марганца, меди и в особен-
ности энергетического сырья - угля, нефти, горючего газа, торфа, оса-
дочных руд урана. Предшествующее развитие Земли подготовило для
человека на каждой ступени его восхождения к вершинам цивилизации
Земля - уникальная планета
333
доступные ему энергетические ресурсы - сначала древесину, затем уголь,
далее нефть, газ, уран, в ожидании того, что он в конце концов доберется
до неиссякаемого источника энергии в виде водорода. Таким образом,
именно геологическая эволюция Земли создала необходимые условия
для появления на ней жизни, для ее эволюции в направлении создания
ее высших форм и в завершение - человека, породившего ноосферу.
Однако что же определило столь уникальные условия существова-
ния и путь развития планеты Земля? Два фактора здесь выступают в ка-
честве главных — расстояние от Солнца и размер планеты. Первое, в
свою очередь, определило химический состав материала, в результате
аккреции которого сформировалась Земля и, в частности, возможность
образования и длительного сохранения в ее недрах флюидов, включая
воду1 и углекислый газ, давших начало атмосфере и гидросфере, а также
естественно-радиоактивных элементов, играющих важную роль в энер-
гетическом балансе планеты, всего набора химических элементов, без
которых невозможна жизнь и развитие цивилизации. От первого факто-
ра зависит количество солнечной энергии, получаемой поверхностью
Земли (инсоляции), которым определяется диапазон температурных пе-
репадов на этой поверхности, благоприятный для существования био-
сферы, в отличие от чересчур горячей поверхности Венеры и чересчур
холодной Марса. Но в создании этого температурного оптимума велика
роль атмосферы, так же как и в создании озонового слоя, защищающего
биосферу от ультрафиолетового излучения, и в предохранении Земли от
постоянных метеоритных бомбардировок.
Другим фактором является размер планеты, обусловивший благопри-
ятный для формирования земной коры ход глубинной дифференциации
земного вещества и сохранение у Земли жидкого внешнего ядра, конвек-
ция в котором создает магнитное поле, в свою очередь обеспечивающее
защиту земной поверхности и населяющих ее животных и растений от
космического рентгеновского излучения.
Своеобразие пути развития нашей планеты, ее отличие от других
планет земной группы обозначилось не позднее 4,2-3,9 млрд, лет т.н.,
когда появились первые континентальные массивы, а промежуточные
1 Кстати, недавно было установлено, что мантия Земли все еще содержит количе-
ство воды, по меньшей мере равное объему воды Мирового океана, поскольку ионы
гидроксила содержатся не только в амфиболах и слюдах, но и в минералах, обычно
считающихся безводными (пироксены, оливин, гранаты и др.) [Gillet, 1993].
334
Глава 21
между ними впадины начали заполняться водой. В последнее время вы-
яснилось, что Земля - единственная из внутренних планет Солнечной
системы, сохранившая до настоящего времени и имеющая шансы еще
надолго сохранить свою эндогенную активность, поскольку обнаружи-
лось, что Венера практически утратила такую активность уже 500 млн.
лет назад. Между тем одна из главных сторон этой активности - вулка-
ническая деятельность с выделением углекислого газа, является, как по-
казал А.Б. Ронов [1976], условием существования жизни на Земле. Меж-
ду тем, по расчетам О.Г. Сорохтина и С.А. Ушакова [1991], эндогенная
активность Земли может продлиться еще 1-1,5 млрд. лет.
Можно сказать, что уникальная судьба нашей планеты была запрог-
раммирована уже в ее составе и расположении в Солнечной системе.
Именно состав земного вещества образует генетический код Земли, по-
лучивший благоприятное развитие благодаря ее удачному расположению
по отношению к Солнцу.
Обусловленные этими факторами появление и развитие жизни на
Земле, в свою очередь, обеспечили, как недавно показал К. Хсю [Hsu,
1992], сохранение на ее поверхности относительно постоянной темпера-
туры, допустившей существование самого органического мира. Различ-
ные группы организмов на разных стадиях развития нашей планеты и в
зависимости от необходимости нейтрализации тенденций к похолоданию
или потеплению, обусловленных появлением новых типов растений или
животных, действовали в качестве кондиционеров-регуляторов климата,
в качестве природного термостата. Эти соображения К. Хсю настолько
интересны и новы, что я позволю себе процитировать дословно по резю-
ме его статьи, как данный автор представляет себе изменяющуюся роль
разных организмов на отдельных этапах истории Земли:
“Вначале, 3,8 или 3,5 млрд, лет назад, только анаэробные автотрофы,
способные выдержать высокую температуру, уменьшали содержание СО2
в атмосфере благодаря фиксации углерода. Ископаемый органический
углерод использовался анаэробными гетеротрофами для повышения по-
зднеархейского парникового эффекта, когда солнечное излучение было,
слабее современного. С увеличением солнечного излучения в течение
раннепротерозойского времени появились такие новые организмы, как
цианобактерии, удаляющие СО2 из атмосферы и запасающие его в стро-
матолитовых карбонатах. Жадные цианобактерии могли поглотить слиш-
ком много парникового СО2 и вызвать оледенение. Их упадок совпал во
времени с расцветом эдиакарской фауны, не имеющей карбонатного ске-
Земля - уникальная планета
335
лета. Изменение в характере кругооборота углерода могло привести к
началу потепления после протерозойского оледенения. Кембрийский
взрыв жизни явился событием, когда скелетные эукариоты узурпировали
функцию прокариотов в удалении парникового СО2 через осаждение
СаСО3. С развитием наземной флоры, углеобразующие растения приня-
ли на себя роль кондиционеров воздуха. Но они перестарались и вызвали
пермо-карбоновое оледенение. После полномасштабной смены фауны и
флоры в конце палеозоя в раннем мезозое стало высвобождаться больше
СО2, чем было накоплено в раннем мезозое. Тенденция потепления до-
стигла своего зенита в раннем мелу, когда цветковые растения и извест-
ковый планктон начали процветать. Наблюдавшаяся с того времени об-
ратная тенденция, с временным восстановлением в раннем палеогене,
могла быть проявлением изменяющейся относительной эффективности
удаления и захоронения углекислоты в форме органического или неорга-
нического углерода” [Hsu, 1992, с. 131].
Таким образом, жизнь, в определенных условиях возникшая на Зем-
ле, в дальнейшем сама поддерживала условия своего существования. Не
окажется ли она способной компенсировать тот упадок эндогенной, преж-
де всего вулканической активности Земли, который прогнозируется в от-
даленном будущем? Как бы то ни было, это свойство живого вещества,
свойство самосохранения, еще раз подчеркивает уникальность нашей
планеты - оазиса среди Солнечной и, вероятно, не только Солнечной
системы.
И даже если в дальнейшем будет установлено существование других
обитаемых планет в иных планетных системах, вряд ли они явятся копи-
ей нашей Земли, а сказанное относительно ее уникальности окажется
полностью несправедливым.
Выше в данной главе недостаточное внимание было уделено глав-
ной, пожалуй, особенности нашей планеты - тому, что на протяжении по
крайней мере трех последних миллиардов лет, т.е. двух третей ее исто-
рии, ее эндогенная динамика определялась тектоникой литосферных плит.
Ничего подобного не обнаружено на других планетах, хотя на Марсе не-
давно открыты полосовые магнитные аномалии, напоминающие спре-
динговые аномалии ложа земных океанов, а на Венере установлены сле-
ды деформаций растяжения - рифты, и сжатия - складчатые валы.
В связи с этим весьма оригинальные и интересные мысли высказа-
ны американским ученым Р. Бостромом [Bostrom, 2000]. Он полагает,
что уникальность динамики Земли и других ее особенностей проистека-
336
Глава 21
ет прежде всего из того факта, что Земля со своим массивным спутни-
ком Луной образуют двойную планету. Приливное воздействие Луны
создает основную движущую силу тектоники плит (см. гл. 18), а субдук-
ция приводит к удалению в глубокие недра Земли воды и углекислого
газа, которые на Венере из-за ее отсутствия накапливаются в атмосфере,
создавая мощный парниковый эффект, препятствующий развитию жиз-
ни на этой планете.
ЛИТЕРАТУРА
Ронов А.Б. Карбонатонакопление, вулканизм, жизнь // Геохимия. 1976.
№ 8. С. 1252-1277
Сорохтин О.Г, Ушаков С.А. Глобальная эволюция Земли. М.: МГУ, 1991.
446 с.
Bostrom G. The Earth/Moon double planet, I - Lithosphere mobility // AGU,
WPGM Meeting. 2000. Vol. 29. N 06.
Gillet P. L’eau du manteau terrestre // La Recherche. 1993. Vol. 255. P. 676-
685
Hsu K.J. Is Gaia endothermic? // Geol. Mag. 1992. Vol. 129, N 2. P. 129-141
Глава 22
НООГЕОЛОГИЯ - ГЕОЛОГИЯ БУДУЩЕГО
Появление на Земле человека разумного было не менее крупным со-
бытием в ее геологической истории, чем появление 4 млрд, лет назад жиз-
ни вообще, появление метазоа на рубеже протерозоя и палеозоя или ос-
воение растениями, а затем животными поверхности суши. Стремитель-
но развиваясь и расширяясь, геологическая деятельность человека
приобрела, особенно в последние столетия, такие масштабы, что стала
вполне сравнимой с деятельностью других агентов экзогенных процес-
сов: рек, ледников и др. Человеческая активность привела к серьезным
изменениям лика Земли. Панамский и Суэцкий каналы соединили Ти-
хий и Атлантический океаны, Средиземное и Красное моря, Кильский
канал напрямую связал Северное и Балтийское моря. Каналы объедини-
ли речные системы Рейна и Дуная, Волги и Невы, Волги и Дона. Тунне-
ли были прорыты под Ламаншем и Сангарским проливом, под Альпами.
Огромные открытые карьеры для добычи различных полезных ископае-
мых сравнимы по размерам с астроблемами - следами падения астерои-
дов. Пустыни частично превратились в зеленые оазисы, а леса подверг-
лись вырубке и т.д. Перемещены огромные массы горных пород, извле-
ченных из недр в шахтах; часть такого материала, особенно в
растворенном виде, сброшена в моря и океаны, берега которых местами
наращены этим материалом. Темпы антропогенных изменений возрас-
тают с каждым годом, но лишь сравнительно недавно люди стали заду-
мываться над их возможными последствиями. Однако прежде чем гово-
рить об этом, кратко остановимся на самом происхождении человека.
Проблема происхождения человека, пожалуй, не менее трудная для
решения, чем некоторые другие проблемы естествознания, касающиеся
жизни. Человека разумного - Homo sapiens - отделяет от человекоподоб-
ных обезьян не менее крупный скачок, чем многоклеточных организмов
338
Глава 22
от одноклеточных. Как известно, происхождением человека занимается
специальная наука - антропология. До недавнего времени, последних
20 лет, ее основным методом было сравнительно-анатомическое изуче-
ние костных остатков, но в 60-е годы появился принципиально новый
метод, основанный на достижениях молекулярной генетики. Данные, по-
лученные этим методом, позволили уточнить время появления на Земле
первых, еще архаических, представителей рода Ното - порядка 5 млн.
лет т.н., что примерно совпадает с началом плиоцена. В это время про-
изошло обособление наших предков от предков нашего ближайшего род-
ственника - современного шимпанзе. Древнейшие костные остатки соб-
ственно гоминид - так называемое семейство Люси, обнаруженное в
70-е годы в Эфиопии, - ныне датированы 3,18-3,2 млн. лет, т.е. середи-
ной плиоцена.
Таким образом, эволюция гоминид происходила в течение всего пли-
оцена и квартера. Между тем это был весьма бурный период геологиче-
ской истории, в течение которого возникли мощные горные хребты, вклю-
чая Гималаи, развилось покровное оледенение в северном полушарии,
сменялись ледниковые и межледниковые эпохи, соединялись и разъеди-
нялись материки и крупные острова, в частности Азия и Америка. Эти
бурные события не могли не повлиять на эволюцию гоминид, но пробле-
ма эта остается практически малоисследованной, и только для ее после-
днего отрезка - расселения уже настоящего Н. Sapiens, имеются интерес-
ные разработки. Сошлюсь, в частности, на недавнюю работу С.А. Дау-
хина [1994] об этапности заселения Северной Азии палеолитическим
человеком, в которой эта этапность увязывается с изменением природ-
ной обстановки.
Однако было бы несправедливым замалчивать некоторые попытки
связать эволюцию гоминид с изменениями природной среды в области
ее зарождения - Восточно-Африканской рифтовой системе. Так, извест-
ный британский антрополог Г. Лики и американский ученый Э. Врба
отметили, что с началом покровного оледенения северного полушария,
на рубеже 2,6 млн. лет т.н., климат Африки претерпел существенные из-
менения - он стал более сухим, растительный покров более редким.
В связи с этим наши предки должны были увеличить свою подвижность
(стать двуногими) и “перейти на более разнообразную диету”, но для этого
надо было производить орудия, а значит, развивать свой мозг. Наряду с
глобальными изменениями и, возможно, даже в большей степени соглас-
но некоторым новейшим исследованиям [Maslin, 1994], на характер при-
Ноогеология — геология будущего
3.19
родной среды африканской родины гоминид должны были повлиять ак-
тивизация тектонических движений в Мозамбикском поясе Восточной
Африки, образование Кенийского и Эфиопского сводовых поднятий. Они
изменили картину распределения осадков и типов растительного покро-
ва в этой области, сделав ее более мозаичной, что, по мнению авторов
исследований, привело к тому, что из 20 видов человекообразных обезь-
ян, обитавших здесь 10 млн. лет т.н., спустя 5 млн. лет сохранились лишь
немногие виды и один из них эволюционировал в первого двуногого
прачеловека. Последний более успешно занимался поисками пропита-
ния в этих изменившихся условиях, а освободившиеся передние конеч-
ности превратились в руки, способные производить орудия. Следующий
шаг в эволюции гоминид мог стимулироваться дальнейшим возрастани-
ем тектонической и особенно вулканической активности в рифтовой до-
лине и ее восточном обрамлении 1,6 млн. лет т.н. Не исключено, что эта
вспышка вулканизма, а возможно и землетрясений, вызвала миграции
Homo erectus (человек прямоходящий) из Африки в более спокойные
области Европы и Азии.
Обращаясь к генеалогическому древу гоминид, отметим, что время
появления современного человека - Homo sapiens sapiens - определяется
молекулярной антропологией в 400-200 тыс. лет, но в отношении усло-
вий перехода от Н. sapiens archaicus к Н sapiens sapiens между специа-
листами существуют серьезные разногласия. Дискутируются две версии,
получившие образные названия “модель канделябра” и “модель Ноева
ковчега”. Согласно первой версии, поддерживаемой в основном специа-
листами в области классической, физической антропологии, после появ-
ления миллион лет назад (или несколько раньше, см. выше) Н erectus
его представители расселились по континентам Старого Света и здесь
независимо эволюционировали примерно полмиллиона лет назад в
Н sapiens archaicus и затем в Н sapiens sapiens. По второй версии, от-
стаиваемой специалистами в области молекулярной антропологии,
Н sapiens sapiens появился впервые еще в Африке, как указывалось выше,
не позднее 200 тыс. лет назад, а затем проник в Европу и Азию, вытес-
нив здесь, отчасти смешавшись с ними, более примитивных Н. sapiens
archaicus. Новые данные скорее подтверждают вторую версию, но опять-
таки хочется напомнить, что выбор между этими двумя путями эволю-
ции мог во многом определяться изменениями геологической среды, так
же как и само место зарождения человека - рифтовая долина Восточной
Африки.
340
Глава 22
Однако должно было пройти еще немало времени, прежде чем в по-
слеледниковую эпоху, в голоцене, зародилась цивилизация и человек на-
чал создавать сооружения поистине геологического масштаба, подобные
Вавилонской башне или египетским пирамидам. Далее значение геоло-
гической деятельности человека возрастало экспоненционально, вызы-
вая у него чувство законной гордости за свое могущество.
Отрезвление наступило лишь совсем недавно, по существу только в
70-80-е годы, а в нашей стране еще позднее, в постсоветский период,
уже после того, как природе был причинен трудноисправимый, если по-
правимый вообще ущерб, самым ярким примером которого является ка-
тастрофа, постигшая Арал и Приаралье. С этого времени в мире начина-
ется интенсивное изучение геологии окружающей среды, рождается но-
вая дисциплина- геоэкология. Возникла она на стыке многих наук о Земле
- геоморфологии, гидрологии и гидрогеологии, геохимии, инженерной
геологии, климатологии и ряда других.
В задачу геоэкологии входит всестороннее, комплексное изучение
геологических условий окружающей среды, в том числе оценка масшта-
ба потенциально опасных геологических процессов, не только землетря-
сений и вулканизма, но и оползней, обвалов, наводнений и пр., относи-
мых к категории возможных причин природных катастроф. От геоэколо-
гии требуется, таким образом, во-первых, дать оценку современного
состояния геологической среды и, во-вторых, предсказать (мониторинг)
возможное развитие на данной территории геологических процессов,
могущих представить опасность для населения в будущем.
Однако постепенно вырисовывается еще одна задача, которая, на мой
взгляд, уже не входит в компетенцию геоэкологии, понимаемой в выше-
очерченных рамках. Эта задача-участие в рациональном планировании
использования природной среды, причем участие активное, ведущее. Это
позволяет говорить, опять-таки с моей личной точки зрения, о возникно-
вении еще одной новой научной дисциплины - ноогеологии, т.е. разум-
ной геологии, имея в виду нехищническое, небезоглядное использова-
ние минеральных ресурсов и окружающей геологической среды, с уче-
том заключенных в ней потенциальных опасностей и возможного ущерба
ее целостности.
Исследования в данном направлении уже начались в промышленно
развитых странах Западной Европы и Северной Америки. В таких евро-
пейских странах, как Германия, Англия, Дания, где минеральные ресур-
сы, и прежде всего рудные месторождения, уже в основном достаточно
Ноогеология - геология будущего
341
разведаны и близки к исчерпанию, если не исчерпаны, эти исследования
приобретают ведущую роль среди задач национальных геологических
служб. Но они включают и поиски строительных материалов, и разведку
подземных вод.
Ноогеология решает, по существу, задачу, обратную по отношению к
геоэкологии, являясь вместе с тем как бы ее высшей ступенью. Если гео-
экология изучает геологические условия среды, акцентируя внимание на
тенденциях их развития и заключенных в них опасных возможностях,
ноогеология, исходя из тех же условий, сознательно и целенаправленно
планирует их оптимальное использование, причем не только в смысле
избежания опасных явлений, но и в гораздо более широком смысле. Ра-
бота ноогеолога как ведущего или одного из ведущих специалистов в груп-
пе планирования в чем-то должна быть сродни работе архитекторов, со-
здававших сады Версаля или Петергофа. Как и последние, ноогеологи
должны стремиться не только к сохранению, но и к облагораживанию
природной среды, одновременно стараясь не нарушить ее первобытное
очарование и целостность.
Разумеется, поставленная выше задача должна дифференцироваться
в зависимости от конкретной обстановки и от конкретного назначения.
Одно дело, выбор места для размещения промышленного предприятия,
другое дело, для зоны обитания, в частности “спальных” районов горо-
дов, третье - курортов, четвертое - портов, пятое - мест разработки тех
или иных полезных ископаемых и т.д. При этом при планировании лю-
бого строительства следует изыскать источники добычи строительных
материалов и водоснабжения: с одной стороны, возможно, более близ-
кие, а с другой - не портящие ландшафта и не наносящие ущерба каче-
ству окружающей среды - атмосферы, водоемов и т.п. Если бы строи-
тельству различных крупных сооружений предшествовало разумное пла-
нирование, причем с учетом последствий, в том числе в районе
достаточно широкого радиуса, мы не имели бы таких катастрофических
просчетов, как при сооружении Чернобыльской АЭС поблизости от Ки-
ева, дамб в устье Невы или у входа в залив Кара-Богаз-Гол, целлюлозно-
бумажного комбината в устье р. Селенги на Байкале, крупных карьеров
в Жигулевских горах на Волге и т.п.
Другая сторона вопроса заключается в необходимости учета специ-
фики той природной зоны, в которой предполагается развернуть строи-
тельство. Совершенно очевидно, что в этом смысле планирование в ус-
ловиях тундры с ее вечной мерзлотой должно существенно отличаться
342
Глава 22
от такового в таежных условиях или в горных областях с ледниками, со-
здающими лавино- и селеопасную обстановку, или подверженных обва-
лам и оползням при выпадении обильных дождей или при сейсмических
толчках.
Необходимо особо подчеркнуть, что предварительному планирова-
нию подлежат не только урбанистические объекты - города, крупные
промышленные предприятия, а также центры разработки полезных ис-
копаемых, в частности добычи угля, нефти, газа, но и площади, предназ-
наченные для сельского хозяйства. Так, как недавно подчеркнул почет-
ный президент Национальной академии наук США Ф. Пресс [Press, 1994],
целесообразнее не занимать участки, прилегающие к долинам рек и пе-
риодически подверженные наводнениям, поселениями и посевами цен-
ных культур и отводить их под пастбища или использовать для рекреа-
ционных целей, чем бесконечно наращивать дамбы, которые усиливают
опасность наводнений для районов, лежащих ниже по течению рек.
Наконец, следует определить территории и водоемы, которые необхо-
димо сохранить в качестве национальных парков и особенно природных
заповедников. Причем среди прочих охране подлежат и геологические
объекты, либо уникальные по своей природе, как Красноярские н Лен-
ские столбы, либо знаменитые благодаря той роли, которую они сыграли
в истории геологического изучения края, например место установления
пермской системы в долине Камы.
В качестве промежуточной стадии в осуществлении подобной про-
граммы может быть предпринята корректировка или разработка превен-
тивных мероприятий в отношении наиболее угрожающих элементов су-
ществующей геологической среды.
С чего должны начинаться ноогеологические исследования? Есте-
ственно, с геологического картирования. Но это должно быть картирова-
ние особого типа, прежде всего преимущественно крупномасштабное.
Надо сказать, что к составлению таких карт уже приступили в ряде за-
падноевропейских стран, в частнбсти в Великобритании, Германии и
Дании. Образец подобной карты для территории Большого Лондона был
недавно показан на сессий Комиссии по международной геологической
карте Мира (КГКМ). Однако пока нет единомыслия в отношении содер-
жания карт такого рода, поэтому их стандартизация стала назревшей за-
дачей. С этой целью в указанной комиссии была создана специальная
подкомиссия, которой и было поручено подготовить свои предложения к
следующей сессии Международного геологического конгресса.
Ноогеология - геология будущего
343
Пока же можно высказать следующие соображения. Во-первых, сле-
дует различать карты геоэкологического и ноогеологического назначе-
ния. На первых показываются существующие в настоящее время при-
родные условия плюс очаги потенциальной опасности геоэкологиче-
ских катастроф. На вторых - планируемое размещение различных объек-
тов будущей человеческой деятельности с оптимальным учетом исполь-
зования и сохранения природных геологических условий.
Во-вторых, карты эти могут различаться по своей специализации,
прежде всего применительно к городским или сельским местностям, при-
брежным или внутренним районам материков и островов и далее по сво-
ей тематической ориентировке. Так, геологическая служба Нижней Сак-
сонии в ФРГ в конце 70-х - начале 80-х годов создала серию тематиче-
ских карт “Потенциал геологической среды”, включающую 11 карт масш-
таба 1:200000, в том числе почвенную (агропродуктивности), геотехни-
ческую (инженерно-геологическую), грунтовых вод, полезных ископае-
мых, залегающих близ поверхности и на глубине, с разделением по типу
(руды, уголь, соли, нефть, газ), и, наконец, карты с указанием объектов,
имеющих научную ценность и подлежащих охране.
По этому же пути пошли геологические службы Австрии, Чехии, Гол-
ландии, Норвегии, а также США, Канады, Австралии и др. Наряду с уз-
коспециализированными, собственно тематическими картами в некото-
рых странах предусматривалось создание синтетических карт, которые
могут быть использованы для планирования, т.е. относятся уже к катего-
рии ноогеологических.
В-третьих, подобные карты могут иметь разный масштаб и соответ-
ственно разную нагрузку, начиная с детальных карт в масштабе 1:10000,
1:25000, 1:50000 и кончая обзорными картами крупных стран. Приме-
ром последних может служить демонстрировавшаяся на той же сессии
КГКМ карта Китая в масштабе 1:5000000 с указанием районов, подвер-
женных землетрясениям, наводнениям, крупным оползням, селям и т.п.
Особая ответственность ложится на геологов, занимающихся развед-
кой и разработкой полезных ископаемых, поскольку при этом наносится
наиболее ощутимый и наиболее трудно компенсируемый ущерб окружа-
ющей среде. Геолог, в достаточной мере проникшийся идеями ноогеоло-
гии, должен быть серьезно озабочен тем, чтобы свести к минимуму, а в
перспективе и вовсе ликвидировать ущерб, причиняемый природе (на-
пример, предусмотреть рекультивацию карьеров, успешные результаты
которой автор наблюдал в буроугольном районе Саксонии, при проклад-
344
Глава 22
ке газопроводов в тундре оборудовать места перехода кочующих оле-
ней и т.п.). Должна быть решена проблема размещения отвалов, “хво-
стов” обогатительных фабрик. Особенно остро стоит вопрос об отходах
атомных станций, судов с ядерными двигателями - вопрос, с которым
столкнулись в нашей стране после многих лет бездумного отношения к
этой проблеме, когда главным было добыть как можно больше ядерного
сырья.
Необходимость покончить со стихийным, неконтролируемым исполь-
зованием природных условий и ресурсов стала очевидной, и на смену
ему должно прийти научное планирование такого использования. В этом
планировании геологу должна отводиться подобающая и весьма от-
ветственная роль, для чего он должен быть вооружен суммой знаний,
относящихся к новой области геологической науки - ноогеологии, кото-
рой предстоит в XXI в. стать ведущей прикладной геологической дис-
циплиной.
Уже в настоящее время в ряде стран, в том числе и в России, начата
подготовка специалистов в области геоэкологии. Стоит отметить, что в
программу такой подготовки в Германии входит и юридическое образо-
вание - будущие геоэкологи должны знать уголовное законодательство,
предусматривающее наказание за причинение ущерба окружающей при-
родной среде. Совершенно очевидно, что в дальнейшем все более силь-
ный акцент будет делаться на участии геоэкологов в планировании
использования природной среды, т.е. на вопросах, относящихся уже к но-
огеологии. В 1989 г. в испанском городе Сантандере состоялось между-
народное рабочее совещание, посвященное этим вопросам. По итогам
его издательство “Шпрингер” выпустило сборник “Планирование исполь-
зования поверхности Земли” [Planning the use..., 1992].
Все это подтверждает высказанную выше мысль, что в деятельности
геологов в XXI в. видное, если не главное место будет отведено тому на-
рождающемуся научному направлению, которое я обозначил как ноогео-
логия, т.е. разумная геология, сочетающая разработку минеральных ре-
сурсов и строительство с сохранением по возможности всех красот, дос-
тавшихся человеку в наследство от почти пятимиллиардной истории
Земли.
В 1996 г. вышла из печати книга Ф.Т. Яншиной “Эволюция взгля-
дов В.И. Вернадского на биосферу и развитие учения о ноосфере”. В ней
суммированы, в частности, представления о ноосфере, изложенные
В.И. Вернадским в его посмертно изданных трудах и оставшихся пока
__________________Ноогеология - геология будущего__ Ч
неопубликованными. Ф.Т. Яншиной сформулированы условия. к<поры<*
В.И. Вернадский считал определяющими, - переход от биосферы к поо
сфере. Среди них значится и такое: “Разумное преобразован по первпч
ной природы Земли с целью сделать ее способной удовлетворить все мл
териальные, эстетические и духовные потребности численно iio ipnrnno
щего населения” [Яншина, 1996, с.127]. Легко видеть, что намеченные в
тексте данной главы задачи ноогеологии полностью вписываются в по
условие, поставленное В.И. Вернадским.
Но оно лишь одно из двенадцати, перечисленных Ф.Т. Яншиной.
Анализируя степень их выполнения к концу прошлого века, она конста-
тировала, что абсолютное большинство из них человеком либо полно-
стью, либо в основном выполнено. К сказанному ею можно добавить,
что за последние годы человечество еще больше продвинулось в направ-
лении преобразования окружающей нас биосферы в ноосферу. I ^явле-
ние Интернета знаменует формирование единого информационного про-
странства. Многочисленные международные научные форумы, научные
проекты, включая, например, Международную Космическую Станцию,
означают создание глобального научного пространства, общим языком
которого де-факто стал английский язык. В экономической области тен-
денция глобализации выразилась в возрастающей роли таких инетрумен-
тов, как Всемирная Торговая Организация (ВТО), Всемирный банк, Меж-
дународный Валютный Фонд (МВФ), пока еще не совсем совершен-
ных, но уже вполне необходимых, а также крупных региональных
объединений, таких, как Евросоюз, экономический союз стран Северной
Америки, такой же союз стран Латинской Америки и, при всех его недо-
статках, наш СНГ. Несомненно положительную роль играют, при всех
издержках, и такие политические объединения, как НАТО, АСЕАН, вновь
создаваемый союз африканских стран. И, конечно, Организация Объе-
диненных Наций. Можно надеяться, что все эти проявления нарастаю-
щего стремления к объединению человечества в “одну семью”, живущую
по разумно установленным правилам, получат дальнейшее успешное
развитие в наступившем новом столетии и приведут к завершению фор-
мирования ноосферы.
Роль науки в этом процессе велика и ответственна. Многие научные
дисциплины уже в значительной степени повернулись в направлении
решения задачи, поставленной В.И. Вернадским. Ноогеологии среди
них должна принадлежать хотя и скромная, но все же достаточно замет-
ная роль.
346
Глава 22
ЛИТЕРАТУРА
Лаухин С.А. Некоторые факторы, определявшие этапность заселения Се-
верной Азии палеолитическим человеком // Докл. РАН. 1994. Т. 336.
№ 1. С. 110-113
Яншина Ф.Т. Эволюция взглядов В.И. Вернадского на биосферу и разви-
тие учения о ноосфере. М.: Наука, 1996.222 с.
MaslinM. Rift where humans began//New Scientist. 1994. Vol. 142. N 1928.
P. 24-27
Planning the Use of the Earth’s Surface. A.Cendrero, G.Liittig, F.Chr. Wolff -
eds. Springer Veriag, 1992. 557 p.
Press F. Humankind and Earth’s natural system // Geotimes. 1994. Vol. 39.
N1.P.4
Научное издание
Хайн
Виктор Ефимович
ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ
СОВРЕМЕННОЙ ГЕОЛОГИИ
Издание второе, дополненное
«Научный мир»
Телефакс (007) (095) 291-2847
E-mail: naumir@ben.irex.ru. Internet: http://195.178.196.201/N_M/n_m.htm
Лицензия ИД № 03221 от 10.11.2000
Подписано к печати 20.04.2003
Формат 60x90/16
Гарнитура Таймс. Печать офсетная. Печ. л. 21.75
Тираж 700 экз. Заказ 47
Издание отпечатано в типографии
ООО “Галлея-Принт”, Москва, 5-я Кабельная, 26