История Земли - Ричард Флинт

Рис. 18. Возраст гранитных и метаморфических пород, определенный радиометрическими методами, позволяет выделить в Северной Америке три геологические провинции, последовательно образовавшиеся и в плане образующие концентрический рисунок. Условные обозначения: 3 - моложе 600 миллионов лет; 2 - от 1 до 2,5 миллиарда лет; 1 - старше 2,5 миллиарда лет

Это означает, что ббльшая часть материала горных пород снова вовлекается в кругооборот, не попадая в сферу воздействия больших глубин океана. Действительно, в течение миллиардов лет континенты, по-видимому, надстраиваются путем аккумуляции по мере того, как накопившиеся осадки, преобразованные в породы, включаются в состав континента. Но эти "новые" породы по большей части представлены материалом шельфа, состоящим из уплотненных наносов, образовавшихся при размыве самого континента. Таким образом, континент до некоторой степени надстраивается и расширяется частично за счет продуктов своего же разрушения.

Но на этом история не заканчивается. Тонкие осадки глубоководных областей океана тоже возвращаются на континенты, хотя и в измененной форме и особым путем, о котором читатель узнает из последующей главы книги.

Химическая сортировка

Сортировка материала происходит двумя способами. Первый и наиболее очевидный способ - механическая сортировка, осуществляемая реками, которые выносят осадки пород из внутренних частей континента к шельфам, а также волнами и течениями после того, как осадки достигают моря. Второй способ, менее очевидный, но такой же важный, - это химическая сортировка. Она осуществляется не реками, но процессами химического выветривания, в ходе которых химические элементы растворяются и выносятся в океан сначала грунтовыми водами, а затем реками. Некоторые элементы, находящиеся в растворах, осаждаются химическим или биохимическим путем в мелководных бассейнах или на шельфах, а другие уносятся в глубоководные области. Остаточный материал отличается от исходных пород, так как в результате выветривания он теряет некоторые элементы.

Химическая сортировка осадков напоминает то, что происходит с телом дикого животного после его смерти. Ткани его тела поедаются различными животными или сгнивают и в результате удаляются. То, что остается, представляет собой наиболее устойчивые части - кости, зубы, возможно, рога, копыта или когти. Химический состав этих сохранившихся частей отличается от состава тела животного при жизни. Этот процесс можно назвать биохимической сортировкой.

Однако элементы, входившие в состав мертвого тела - углерод, водород, кислород и другие, - хотя они и были удалены при "сортировке", продолжают существовать, входя в состав других организмов. Одно животное прекратило существование, но жизнь других продолжается. Подобно этому, продолжается существование континента. Породы и минералы, слагавшие его, разрушены, но элементы, некогда входившие в состав этих минералов, подвергшиеся сортировке и преобразованные в новые соединения, создали новые минералы и породы. И таким образом континент сохраняется.

Плавающие континенты

В первой главе мы сказали, что континент - это своего рода гранитный плот, плавающий на базальте и материале, еще более тяжелом, чем базальт. В очень схематизированном виде это изображено на рисунке 19. Этот плот является самовосстанавливающимся. Было бы неверно сравнивать континентальный плот с жестким деревянным плотом, потому что плавающий континент гибкий и благодаря своей гибкости больше напоминает плавающий толстый слой тяжелой нефти или асфальта. Однако не вся толща континента обладает гибкостью. Самый верхний слой, испытывающий лишь слабую нагрузку вышележащих пород, хрупок. Как можно видеть в любом каменном карьере или другой большой выемке, поверхность его разбита многочисленными трещинами.

Рис. 19. Гранитные континенты, плавающие на более тяжелом веществе мантии. Толщина континентов больше всего на участках наибольшего поднятия их поверхности. При размыве высокогорных массивов давление на подстилающее их тяжелое вещество ослабевает. Продукты размыва переносятся на континентальные шельфы, создавая на них добавочную нагрузку, что вызывает погружение и вытеснение вещества мантии в стороны. Это вещество медленно перетекает в области меньшего давления, соответствующие областям разрушенных гор. В результате происходит новое поднятие, 'обновляющее' горы

Тем, что континенты плавают, можно объяснить одно обстоятельство, которое в противном случае представлялось бы загадочным. Считается, что хорошо известный нам комплекс процессов, включающий выветривание, склоновые процессы и деятельность рек, мог бы снизить поверхность континентов почти до уровня моря всего лишь за 20 миллионов лет. Поскольку Земля гораздо старше, то почему же континенты давно уже не превратились в обширные пенеплены?

Происходящий в действительности процесс можно пояснить примером лодки, в которой сидят три человека. Лодка подходит к причалу, и один человек выходит. При этом лодка поднимается на несколько сантиметров, так как вода, окружающая лодку, стремится заместить воду, ранее вытеснявшуюся весом третьего человека. Подобным же образом при удалении материала горных пород с какой-либо части континента эта область поднимается. Удаленный материал отлагается в области шельфа и вызывает ее погружение. Вещество подстилающих слоев оттекает от прогибающихся частей шельфа к областям, с которых материал удалялся эрозией, и эти области соответственно поднимаются.

Но в то время как лодка представляет собою жесткую конструкцию и всплывает как единое целое, континент пластичен. Часть, которая в наибольшей степени подвергалась эрозии, может подниматься, в то время как остальные части поднимаются незначительно или совсем не испытывают поднятия. Таким образом, становится понятно, почему все континенты не были снижены до уровня моря, образовав огромные пенеплены. Они постоянно воссоздаются по мере снижения отдельных частей. Они постоянно противодействуют процессу своего погружения, так что живые организмы, однажды появившиеся на суше, смогли на ней жить и развиваться, а не были уничтожены. Поэтому сама непрерывность жизни на суше является хорошим доказательством того, что по крайней мере в течение последнего полумиллиарда лет континенты находились в плавучем состоянии.

Континенты легче по весу, чем базальтовое вещество, в которое они погружены. Возьмем в одну руку кусок гранита, а в другую - кусок базальта такого же размера, и мы почувствуем разницу. Круговорот вещества пород, начинающийся с химического выветривания, перемещает материал, из которого сложены континенты, не меняя существенно его состава.

Каким же образом континенты оказались легче остальной коры? Ответ на этот вопрос связан с их историей, которая составляет предмет рассмотрения в следующей главе.

Литература

Еngеl А. Е. J., 1963, Geologic evolution of North America: "Science", v. 140, p. 143-152. (A similar paper is reprinted in Cloud, Preston, ed., 1971, Adventures in Earth history: W. H. Freeman and Company, San Francisco, p, 293-302.)

Lоngwell C. R., Flint R. F , Sanders J. E., 1969, Physical geology: John Wiley 8c Sons, New York, p. 315-393, 534-539.

Глава шестая. Происхождение и развитие планеты Земля

Возникновение Земли

Земная кора, или литосфера. Хотя есть основания считать, что возраст Земли составляет около 4,5 миллиардов лет, в вопросе о том, как образовалась наша планета и вся Солнечная система, частью которой является Земля, еще нет ясности. Все, чем мы располагаем, - это теория, которая постоянно меняется по мере сопоставления с вновь получаемыми нами сведениями о Солнечной системе.

Основные положения этой теории сводятся к тому, что вся Солнечная система - Земля, другие планеты и Солнце - образовалась одновременно и как единое целое. Такой процесс образования системы не представляет собой что-то уникальное или хотя бы необычное, а является вполне заурядным. Подобные процессы происходят во Вселенной и в настоящее время. Исходным материалом для образования Солнечной системы явилась туманность - огромное вращающееся дискообразное облако, состоящее из холодного газа и "пыли". Из этой холодной и распыленной массы по мере ее уплотнения и выделялись группы отдельных сгущений, из которых в конце концов образовались Солнце и планеты. Одно из этих сгущений, которое позднее стало Землей, имеющей ныне диаметр 13 400 километров, первоначально имело диаметр в несколько миллионов километров, настолько далеко друг от друга находились составляющие его частицы. Но эти частицы постепенно приближались друг к другу под действием сил тяготения и теряли энергию в результате бесчисленных столкновений. Более крупные частицы "падали", подобно градинам, в направлении центра сгущения, и при этом гравитационном сжатии выделялось такое большое количество тепла, что в итоге происходило резкое уплотнение массы с образованием твердого тела.