Пляжи
Предположим теперь, что мы сбросили на пляж осадки с частицами самых разных размеров. Что произойдет с этим материалом? Очень крупные камни и галька будут слишком велики для перемещения волнами (за исключением волн цунами) и поэтому останутся на месте. Тонкозернистые частицы глины и ила будут перемещаться волнами во взвешенном состоянии. Вследствие непрерывного действия волн этот материал будет вынесен на более глубокую воду, где он постепенно и осядет. Частицы песка перемещаются вблизи дна. Под действием волн они могут перейти во взвешенное состояние, но вновь быстро осаждаются. Таким образом, песок под действием волн будет испытывать возвратно-поступательное движение. Только после выноса на глубокую воду песок окончательно отлагается- Размер переносимых частиц песка зависит от энергии волн. Если волны малы, то они смогут перемещать только тонкозернистые частицы. С увеличением энергии волн все более крупные частицы начинают принимать участие в движении. Во многих районах, например на побережье Калифорнии, волны намного выше зимой, чем летом. Поэтому летом можно наблюдать широкий песчаный пляж. Осенью с ростом энергии волн песок выносится на глубокую воду и ширина пляжа значительно уменьшается. Весной по мере уменьшения энергии волн ширина пляжа вновь увеличивается. При разрушении волн на мелководье и баре может возникнуть разрывное течение. В этом случае вода возвращается в море не через бар, а через узкий канал в баре, образуя мощное течение в сторону моря. Неопытные пловцы, попадающие в разрывное течение, обычно пытаются плыть обратно к берегу против течения. Они теряют силы в бесполезной борьбе с течением и погибают. В этой ситуации нужно плыть параллельно пляжу, стараясь скорее выйти из узкой струи сильного течения, направленного в море. Движение песка происходит не только в направлении, перпендикулярном береговой линии. Когда человек изменяет береговую линию строительством гаваней, движение песка вдоль берега ставит перед ним серьезные проблемы. В Калифорнии, например, линия берега у мыса Консепшен Меняет направление с северного на западное. Волны, приходящие с запада, перпендикулярны береговой линии, расположенной севернее мыса Консепшен. Однако к югу от мыса они стремятся идти вдоль берега, формируя вдольбереговой дрейф песка с запада на восток. Общий расход песка составляет около 2 • 105 м3-год-1. Это означает, что за один год этим песком будет заполнен ров длиной 1 км, шириной 100 м и глубиной 2 м. Для защиты судов от волн открытой части Тихого океана в Санта-Барбара был построен волнолом. Уменьшив энергию волн, волнолом одновременно способствовал отложению песка внутри гавани. В результате пляжи к востоку от гавани были лишены поддерживающего их количества песка, и вдольбереговой дрейф вызвал быструю эрозию побережья. Для сохранения гавани и защиты побережья здесь проводятся землечерпательные работы. Песок поднимают со дна гавани и разгружают на пляже к востоку от нее. Таким путем искусственно поддерживают вдольбереговой дрейф песка. Чтобы избежать проблем, возникших при строительстве гавани Санта-Барбара, в Санта-Моника построили волнолом параллельно берегу в нескольких сотнях метров мористее побережья. Предполагалось, что таким путем будут убиты два зайца — берег будет защищен от высоких волн и песок сможет беспрепятственно двигаться вдоль побережья. К сожалению, эта ясная схема не сработала. После постройки волнолома расположенный за ним пляж стал расти в сторону моря и образовал препятствие для вдольберегового дрейфа песка. В это же время пляж к востоку от волнолома начал эродировать. В результате в Санта-Моника были вынуждены прибегнуть к землечерпательным работам для переброски песка. Береговая линия есть результат действия природных сил. Когда человек пытается разрушить естественное равновесие, он вынужден за это расплачиваться. В настоящее время даже при существенно стационарном положении уровня моря поддержание гаваней в рабочем состоянии представляет достаточно трудную задачу. При изменениях уровня эта задача усложняется.
Волны переносят осадки вдоль побережья. Осадки образуются в результате эрозии берега либо выноса реками из внутренних частей материка. Поэтому важно исследовать то место побережья, где река впадает в море. Поразительным примером может служить устье р. Нила. Здесь при выходе в море выносимые осадки образуют дельту. Другие реки при выходе в море образуют не выпуклый, а вогнутый берег. В качестве примера этих двух типов рек рассмотрим устья рек Миссисипи и Гудзон. Река Миссисипи. Наше путешествие вниз по реке мы начнем у Кейро (США, штат Иллинойс), где р. Огайо впадает в Миссисипи. Хотя Кейро расположен в 1000 км от устья, его превышение над уровнем моря равно всего только ПО м. Миссисипи течет посредине долины шириной 150 км, которая постепенно расширяется вниз по течению. В 500 км от устья превышение над уровнем моря едва достигает 2 м. К юго-востоку от Нового Орлеана начинается дельта реки. Здесь Миссисипи построила полосу суши шириной 10—20 км, прорезанную руслом. В конце своего пути река разветвляется на ряд рукавов (проток), образуя дельту, напоминающую птичью лапу. При входе в Мексиканский залив глубина быстро увеличивается. Уже в 15 км от южной кромки глубина равна 200 м, а в 50 «м от нее — 1 км. Если пересечь прибрежную часть Мексиканского залива» в 150 км к востоку от устья Миссисипи, то можно наблюдать иную конфигурацию дна. Покинув берег, мы вначале пересечем мелководный пролив Миссисипи, а в 20 км от берега — длинный узкий песчаный остров Хорн. Глубины здесь постепенно увеличиваются до 50 м в 100 км от материка. Далее глубины возрастают быстрее и на отметке 150 м уклон увеличивается до 1 : 60. Для сравнения укажем,, что относительно ровный, мелководный прибрежный район, называемый шельфом, имеет Уклон 1 : 1500. Река строит свои банки мористее кромки шельфа. Река Гудзон представляет собой другой тип реки. От Олбани (США, штат Нью-Йорк) до Нью-Йорк-Сити (на расстоянии 220 км) уровень ее падает на 2 м. За маяком Санди-Хук (гавань Нью-Йорка) глубина быстро увеличивается до 60 м, за тем она остается почти неизменной на расстоянии 120 км и в конце участка достигает 80 м. Затем уклон моря быстро взрастает до 1 : 20. Детальная съемка показала, что от кромки шельфа к устью реки проходит подводный канал. Существование канала можно объяснить, если вспомнить, что 17 000 лет тому назад уровень моря был ниже настоящего на 100 м. В то время р. Гудзон прорезала канал на месте современного шельфа, на р. Миссисипи в результате большого объема выносимых осадков этот древний канал заполнился. На р. Гудзон количество выносимых осадков было недостаточным для полного заполнения старого речного канала. Можно предполагать, что расположенный на шельфе каньон является каналом, прорезанным рекой в прошедшее оледенение. Каньон продолжается в океане за кромкой шельфа Д° глубины 4 км. Поскольку пресная вода р. Гудзон легче морской, трудно поверить, что река может прорезать канал на таких больших глубинах. О возникшей проблеме пойдет речь в следующей главе. Мы живем в весьма динамичный период истории Земли. Во многих районах побережья видны «шрамы» речных долин. созданных в то время, когда уровень моря был на 100 м ниже современного. Закрытые бухты побережья, такие, как Чесапикский залив, это погрузившиеся речные долины. Другие заливы, такие, как фиорды Скандинавии, были вырыты ледниками. В некоторых районах, где реки выносят осадки с обширных территорий материков, шрамы были заглажены отложениями и суша оттеснила море. Если в одних местах реки отодвигают море, то в других волны размывают берега. В Орегоне, например, волны из Тихого океана постепенно разрушают крутые утесы вдоль берега. Здесь хрупкие осадочные породы прерываются интрузиями намного более прочных базальтов. Осадочные породы размываются быстрее, образуя вогнутые пляжи между базальтовыми мысами .
Шельф
По мере продвижения в океан мы пересекаем относительно ровные районы шельфа. Ширина его различна. Мористее Сибири он простирается на 800 км от берега, а у западного побережья Южной Америки шельф отсутствует. Средняя ширина шельфа Мирового океана 70 км, а его средний уклон 2 м-км-1. В основном шельф ограничен изобатой 135 м. За ней крутизна склона возрастает до 70 м-км-1. Эта часть окраины материка называется материковым склоном. Обычно для достижения изобаты 200 м требуется удалиться от берега на значительное расстояние. Пройдя эту глубину, мы быстро пересечем изобаты 1, 2, 3 и 4 км. Мы уже знаем, что крупные частицы отлагаются быстро, а по мере уменьшения их размеров они опускаются все более медленно. Поэтому можно было бы ожидать, что вблизи берега мы встретим крупные осадочные породы, отсортированные от Мелкозернистых фракций мористой части шельфа. Однако на карте распределения осадков обнаруживается более сложная Картина: в одних районах вблизи берегов отлагаются илы, в то время как более крупнозернистый материал встречается на кромке шельфа. Распределение осадков есть результат колебаний уровня моря и изменений энергии волн. Для того чтобы понять всю картину, необходимо изучить не только современне условия, но также коренные изменения за последние миллионы лет в истории Земли. В нашем путешествии в сторону моря мы повстречаемся Длинными, узкими барьерными островами. Распределение шельфовых осадков отражает наступание и отступание кромки материковых ледников, а также действие волн и приливов. Вследствие сложной истории формирования шельф меняется от места к месту. Для детального исследования шельфа применяют эхолоты и различные типы храпцов, позволяющих поднимать материал со дна. Для изучения более глубоких слоев осадков опускают утяжеленные длинные и тонкие грунтовые трубки. Грунтовая трубка проникает в осадочный слой, а затем поднятая со дна колонка осадков извлекается из трубки и исследуется. Используя звуковые волны, можно исследовать и более глубокие слои. Для этого применяются более мощные по сравнению с эхолотом сигналы, которые проникают сквозь поверхностный слой осадков к подстилающим породам. Анализируя Различными методами данные, мы получаем возможность более точно реконструировать геологическую историю материковых окраин.
Глубоководные впадины
На первый взгляд может показаться, что океаны должны иметь наибольшие глубины в своих центральных районах меньшие при приближении к материковым окраинам. В действительности в середине океанов простираются громадные горные хребты, а вблизи материковых окраин наблюдаются самые глубокие впадины. Наиболее значительные из них опоясывают Тихий океан. Если вершина Джомолунгмы поднимается только на 9,5 км выше уровня моря, то наиболее глубокая впадина простирается более чем на 11 км ниже этого уровня. Крупные депрессии имеют намного большую длину, чем ширину. Поэтому нередко их называют океанскими впадинами или желобами. Ряд впадин, опоясывающих Тихий океан, носит название «огненное кольцо» ввиду их соседства с активными вулканами. В районе впадин весьма часты землетрясения. Так, землетрясение «Гуд Фрайди» 1964 г., образовавшее цунами, произошло на восточной кромке Алеутской впадины. Пляжи формируются в результате переноса песка и более крупного материала перпендикулярно береговой линии. Волны, идущие косо к берегу, вызывают вдольбереговой дрейф осадков. Там, где человек три строительстве гаваней возводит препятствие вдольбереговому дрейфу, для восстановления нарушенного перемещения материала вокруг гавани оказываются необходимыми землечерпательные работы. Современная береговая линия сложилась в результате длительной геологической истории. В некоторых районах места опустившихся речных долин занимают эстуарии, в других районах осадки, выносимые реками, наполняют подводные долины и образуют дельты. В большинстве случаев материки окружены широким мелководным шельфом, который граничит с крутым материковым склоном на глубине около 135 м. Океанские впадины сопряжены с вулканическими горными хребтами и цепями островов. Эти впадины опоясывают кольцом Тихий океан и тесно связаны с зоной сейсмической активности.
Постоянство материков
На всех материках встречаются породы докембрия, так же как осадки кембрийского периода. Ископаемые древние организмы и скальные породы этого последнего периода (500— 600 млн. лет тому назад) показывают, что на месте современных материков располагались суша или мелководные моря. Таким образом, материки существовали на протяжении всех Эпох, освещаемых геологической историей. Они не изменялись По крайней мере в течение прошедших миллионов лет существования Земли. Однако из этого не следует, что положение Материков всегда оставалось неизменным.
Земля под океаном
Количество получаемой энергии Солнца, а следовательно, и климат изменяются с широтой. Магнитное поле Земли центрируется относительно оси вращения Земли. Долгота имеет только относительное значение. Она условно отсчитывается от гринвичского меридиана. Попав на необитаемый остров и лишившись средств сообщения, мы имели бы возможность приблизительно установить широту места, но не его долготу.
Пытаясь определить прошлое положение материков, мы попадаем в аналогичную ситуацию. Мы можем определить палео-широты и не имеем возможности установить палео-долготы. Для установления древних широт мы можем обратиться к климатическим признакам. Ископаемые укажут нам, какой был климат в прошлом: теплый или холодный. Признаки оледенения одновременно служат обличительной чертой высоких широт. Однако при анализе этих данных нужно иметь в виду, что климат данной широты не обязательно остается постоянным. Например, в эпоху оледенений ледники распространялись в низкие широты, а затем снова отступали.
Дрейф материков
Земли объясняют перемещения магнитных полюсов изменениями оси вращения Земли. Бели бы мы смогли обнаружить магнитные стрелки, «замороженные» в древних породах, то тотчас получили бы возможность определить местоположение древнего полюса относительно этих пород. Ясно, что мы не можем надеяться найти ржавые стрелки компаса, пролежавшие миллионы лет. Этими стрелками служат природные намагниченные породы, содержащие минерал магнетит. Небольшие зерна магнетита присутствуют в малых дозах во многих отложениях. Во взвешенном состоянии частицы магнетита ориентируют свои полюса параллельно магнитным силовым линиям Земли. После отложения они будут сохранять направление полюсов, соответствующее прошлому магнитному полю. Погребенные в отложениях частицы магнетита уже не будут иметь возможности вращаться. Таким образом, в осадочных породах магнитное направление окажется «замороженным». Бели относительное положение земного полюса изменится, частицы магнетита по-прежнему будут указывать направление на старый полюс, соответствующий времени их отложения. Древнее магнитное поле может быть «замороженным» в породах и другим путем. При высоких температурах подвижность атомов предохраняет материал от сильного намагничивания. Некоторые материалы, такие, как железняк и магнетит, намагничиваются при охлаждении ниже точки Кюри. Температура точки Кюри зависит от материала, но обычно близка к 500° С. В расплавленных породах минералы намагничиваются в направлении магнитного поля Земли после перехода через точку Кюри. Однажды охладившись, они сохраняют свою ориентацию намагничивания независимо от более поздних изменений внешнего магнитного поля. Для приобретения нового направления они должны быть снова расплавлены. Намагничивание, «замороженное» в породах вследствие охлаждения или седиментации, весьма невелико. Однако, используя современную чувствительную аппаратуру, можно Установить ориентацию древних магнитных «стрелок». Такие Магнитные измерения были выполнены во многих местах, соответствующих различным геологическим периодам. Если бы материки и ось Земли оставались в неизменном положении, то се измерения должны были бы отражать примерную ориентацию современного магнитного поля.
Палеомагнитные данные
Палеомагнитные данные Северной Америки позволили установить, что положение полюса относительно материка изменялось современем. В течение одной и той же геологической эпохи положение полюса было одним и тем же, однако, прослеживая изменения ,от настоящего времени к прошедшему, можно обнаружить постепенное перемещение Северного полюса от современного положения к положению в средней части Тихого океана. Это изменение можно объяснить перемещением оси вращения Земли относительно коры. Изучая палеомагнитные данные другого материка, мы обнаружим, что траектория полюса изберет другой путь относительно тех же самых материков. Следовательно, не только полюс перемещается относительно материков, но и материки перемещаются относительно друг друга. Поскольку мы не в состоянии определить древние долготы, по одним только магнитным данным невозможно реконструировать лик Земли в прошлые геологические эпохи. Однако с магнитными данными согласуются только определенные конфигурации материков. Следовательно, статическая география невозможна.
Картина-загадка
Магнетизм горных пород заставляет предположить, что материки перемещались на поверхности Земли. Это предположена было выдвинуто несколькими геологами задолго до того, как данные о магнетизме стали доступными для исследования. 1910 г. Тейлор и немного позднее Вегенер выдвинули теорию дрейфа материков. В 1937 г. Дю Тойт написал книгу «Наши блуждающие материки». Толчком к развитию идеи о дрейфе материков послужило подобие береговых линий: западной в Африке и восточной в Южной Америке. Если мы вырежем эти материки на глобусе, то они совпадут подобно кускам картины-загадки — головоломки, в которой нужно сложить мелкие кусочки, чтобы получилась картинка. Наилучшее совпадение получится, если мы сделаем разрез вдоль материкового склона и элиминируем современные отложения рек. Если разрез сделаем на двумерной карте, то совпадение будет худшим из-за искажений картографической проекции. Если Южная Америка и Африка когда-то соединялись, то можно было бы ожидать не только совпадения береговых линий, но и подобия геологических структур. Более современные отложения, возникшие после образования Атлантики, могли быть различными по обе стороны океана. Однако геологическая структура до разделения материка должна быть одинаковой. При сравнении геологических структур двух материков обнаруживается поразительное их подобие. Различия в ископаемых обнаруживаются после мелового периода (около 120 млн. лет тому назад). До мела древние ископаемые организмы весьма сходны, что служит признаком относительных движений между Африкой и Южной Америкой. Сравнивая различные геологические слои на этих двух материках, мы обнаруживаем их непрерывность. Если соединить выступ Южной Америки и изгиб Африки, то границы между различными отложениями точно совпадают. Так, на обеих сторонах существует полоса пород с возрастом 600 млн. лет.
Дно Атлантического океана
Как мы уже видели, геологические признаки двух материков показывают, что Атлантический океан образовался около 120 млн. лет тому назад. Обратимся теперь к доказательствам на дне океана. Наиболее характерная особенность Атлантики— Срединно-Атлантический хребет, который рассекает океан на две части . Не является ли этот хребет районом, вдоль которого происходит разрастание океана? Если это действительно так, то центральная часть хребта должна быть более молодой по геологическим признакам, чем дно океана по обе стороны от хребта. Если Атлантика начала формироваться в раннем меловом периоде, то на ее современном дне не должно быть осадков древнее упомянутого периода. Действительно, возраст базальтовых океанических островов постепенно увеличивается с удалением от срединно-океанических хребтов. В центральной Атлантике возраст островов не превышает 120 млн. лет. Мощность морских отложений увеличивается от хребта в сторону материков, хотя скорость увеличения неодинакова. Эти данные подкрепляют идею о возникновении около 120 млн. лет тому назад нового океанического дна вдоль Срединно-Атлантического хребта.
Полосовые магнитные аномалии
Вайн и Мэтьюз (1963) предположили, что информация 0 разрастании срединно-океанических хребтов может быть получена по магнитным данным. Хотя ось магнитного поля Земли приблизительно совпадает с осью ее вращения, направление магнитных силовых линий периодически меняется. Так, при исследовании намагничивания лав, отвердевших в течение последних 2 млн. лет, было обнаружено, что, хотя положение Магнитного полюса в этот период совпадало с современным, Магнитная полярность изменялась. Измеряя намагниченность и время затвердевания лав, Доуэлл и Далримпл (1966) восстановили магнитную историю земли . При затвердевании пород в периоды полярности земного поля, совпадающей с современной, их намагниченность дополняла интенсивность современного поля. При охлаждении и переходе через точку Кюри в периоды противоположной полярности их намагниченность уменьшала интенсивность современного поля. Мы можем измерить магнитное поле Земли поперек срединно-океанического хребта с помощью магнитометра, буксируемого позади судна. Проходя над породами, имеющими обратную намагниченность, мы получаем более низкое значение интенсивности поля, а над породами, имеющими направление намагниченности, совпадающее с современным полем,— более высокое значение интенсивности поля. Районы с интенсивностью поля, превышающей среднюю величину, окрашены в черный цвет; районы с интенсивностью, меньшей средней, оставлены белыми. По центру хребта проходит широкая полоса с высокой магнитной интенсивностью, свидетельствуя о наличии пород, которые, охладившись, прошли точку Кюри в течение последних 700 000 лет. Двигаясь в стороны от центральной полосы, мы обнаружим симметричную картину чередующихся магнитных полос, связанных с зонами положительно и отрицательно намагниченных базальтов, раздвинувшихся от гребня хребта. Симметрично расположенные полосы одного цвета образовались в период однозначной полярности поля. Пространственное положение полос и история смены полярностей помогают- определить скорость разрастания.
Движение блоков земной поверхности
Магнитные и другие данные приводят к выводу о разрастании дна океана от срединно-океанических хребтов. Если это так, то либо общая площадь поверхности Земли должна возрастать, либо где-то должно происходить сокращение поверхности, компенсирующее вновь созданное океаническое дно. Если бы такого сокращения не было, радиус Земли возрастал бы с фантастической скоростью — порядка 1 см-год-1. Такая скорость не может долго поддерживаться в течение любого геологически существенного отрезка времени. Поэтому должны существовать районы разрушения поверхности. Большая часть земной поверхности неподвижна, с отсутствием признаков горизонтальных напряжений. Землетрясения Локализуются в узких поясах, включая срединно-океанические хребты, океанические впадины и активные горные районы вроде Гималаев. Ни рыхлые осадки, ни консолидированные горные породы между этими активными поясами не несут признаков дефораИии. Отсюда следует вывод, что поверхность Земли разбита на ряд твердых плит или блоков, которые деформируются только на своих границах. Ле Пишон (1968), проведя исследование тектонически активных структур суши и дна океана, предположил, что. Земля в настоящее время состоит из шести крупных блоков, находящихся в движении относительно друг друга :
Тихоокеанский блок — включает большую часть Тихого океана и небольшие фрагменты западного побережья Северной Америки;
Американский блок — состоит из материков Северной и Юж4 ной Америки вместе с западной частью Атлантики. В Карибском районе расположен небольшой субблок; здесь могут наблюдаться слабые относительные движения северной и южной половин блока;
Евразийский блок — почти полностью материковый, состоит из всей Европы и большей части Азии, включая Индонезию и Филиппины;
Африканский блок — состоит из Африки, Мадагаскара, восточной половины Южной Атлантики и западной половины Индийского океана;
Индийский блок — распространяется от Аравийского полуострова до Новой Зеландии. Он включает в себя восточную половину Индийского океана, Новую Гвинею и Австралию. Этот блок, возможно, состоит из западного и восточного субблоков;
Антарктический блок — состоит из Антарктиды и Южного океана. Он включает полосу Тихого океана между Восточно-Тихоокеанским поднятием и западным побережьем Южной Америки.
Тот факт, что современные блоки просуществовали десятки миллионов лет, указывает на то, что нарушения сплошности в литосфере — явление стабильное. Однако за более длительные периоды одни разрывы исчезают и другие вновь образуются, т. е. структура блоков может измениться. Геологи еще не реконструировали историю географии и движения блоков литосферы. Таким образом, палеогеография ставит своей задачей изучение не только древних береговых линий, но и динамической истории блоков литосферы. Такая реконструкция позволила бы восстановить прошлую физиографию океанов, их срединно-океанические хребты и впадины и древние районы горообразования. Там, где блоки литосферы раздвигаются, расплавленные породы (новые базальты) выходят в трещину из астеносферы» формируя срединно-океанические хребты. По мере разрастания вновь образованной коры в стороны от центрального хребта и охлаждения слагающего ее магматического вещества ниже точки Кюри возникают магнитные полосы. Недавно поднявшиеся из глубоких недр породы имеют более высокую температуру по сравнению с температурой древней коры на тех же глубинах. Их пониженная плотность Приводит к изостатическому подъему пород и формированию хребта. С удалением от центра хребта породы охлаждаются» их плотность увеличивается и они медленно опускаются. Фактически рифты более изрезаны и состоят из ряда линейных сегментов, разветвленных секущими сбросами. Самый большой разлом на экваторе морфологически выражен впадиной Романш. Разрывность рифта создает, по терминологии Вильсона (1965), трансформный разлом. Такие разломы отличаются от обычных разломов между двумя движущимися блоками. Там, где блоки конвергируют, происходит сокращение площади поверхности. Механизм сокращения зависит от скорости конвергенции. При умеренных скоростях, 5—6 см-год, сжатие (надвиг) приводит к горообразованию. Горизонтальные осадочные слои деформируются и литосфера увеличивает свою толщину, вызывая изостатический подъем. Более быстрая конвергенция, 6—9 см-год, приводит к образованию океанических впадин. Крутая линия погружения эпицентров землетрясений заставляет предположить, что происходит поддвид — подсов одного блока литосферы под другой. Ле Пишон (1968) предположил, что увеличивающаяся плотность опускающегося блока может заставить его опускаться и дальше вниз, вызывая напряжение. Плотность увеличивается не только в результате сжатия, но также благодаря потере менее плотных компонентов, которые извергаются на поверхность в виде вулканической лавы. Глубина, на которую верхний блок может притопить нижний, ограничена. Поэтому этот вид конвергенции должен прекратиться после сокращения дна океана примерно на 1800 км. С этой точки зрения характер движения между блоками должен измениться. Таким образом, старые блоки могут сплавиться вместе, а в других районах возникнут новые разломы.
Движущая сила дрейфа материков
Многие из структур поверхности Земли могут быть объяснены предположением о том, что литосфера состоит из нескольких блоков, перемещающихся относительно друг друга. Существование более пластичной астеносферы под относительно твердой литосферой облегчает движение. Тем не менее сила трения на нижней поверхности блоков, а также точки конвергенции должны были бы остановить дрейф при отсутствии движущей силы. Кинетическая энергия блоков должна была бы постепенно уменьшиться до полного прекращения движения. Вычислим кинетическую энергию на единицу площади. Силы, перемещающие блоки, должны быть приложены к нижней поверхности литосферы. Главная сила — это тепловая энергия, радиоактивного распада урана, тория и изотопа калия. Это намного меньше тепла, получаемого от Солнца, так что тепловой поток от внутренних слоев Земли не влияет непосредственно на климат. Внутреннее тепло Земли может быть перенесено теплопроводностью, радиацией и конвекцией. Из этих трех видов переноса только конвекция связана с движением и может быть движущей силой дрейфа материков. Конвекционные течения возникают при нагревании жидкости снизу. Разница в плотности между нагретой и холодной жидкостями приводит к вертикальному движению, поскольку нагретая жидкость поднимается, а охлажденная опускается. Вертикальные движения становятся упорядоченными и возникает картина вертикальных конвективных ячеек . Горизонтальные движения верхней части астеносферы приводят в движение блоки литосферы. Направление результирующей силы будет зависеть от расположения блоков относительно конвективных ячеек. Общая сила на нижней части блока есть векторная сумма сил, вызванных индивидуальными конвекционными ячейками. Поскольку геометрия блоков определяется слабым звеном земной поверхности, картина движения блоков не обязательно должна совпадать с картиной конвекционных течений. Крупномасштабные динамические свойства поверхности твердой Земли, по-видимому, вызваны движением больших блоков литосферы. Сейсмическая активность в основном приурочена к кромкам этих блоков, в то время как внутренние части блоков остаются несейсмичными. Там, где блоки раздвигались, образовались новая океаническая кора и срединно-океанические хребты. Там, где блоки конверсировали, возникли районы горообразования и океанические впадины. Это движение вызывается конвекционными течениями, обусловленными в свою очередь потоком тепла из внутренних частей Земли. Современные исследования установили общий характер этого движения в течение последних 10 млн. лет. Детали движения и динамическая история литосферы в геологическом прошлом еще не определены. Хотя океанические бассейны и материки, вероятно, существовали длительный отрезок геологического времени, география Земли далека от статического состояния. Атлантика является сравнительно молодой и образовалась в результате раскола гигантского суперматерика. Это событие произошло около 120 млн. лет тому назад. Материки расходились и вновь соединялись. Для понимания истории океана, а следовательно, и окружающей среды прошлого необходимо расшифровать динамическую географию прошлого.
Предположим теперь, что мы сбросили на пляж осадки с частицами самых разных размеров. Что произойдет с этим материалом? Очень крупные камни и галька будут слишком велики для перемещения волнами (за исключением волн цунами) и поэтому останутся на месте. Тонкозернистые частицы глины и ила будут перемещаться волнами во взвешенном состоянии. Вследствие непрерывного действия волн этот материал будет вынесен на более глубокую воду, где он постепенно и осядет. Частицы песка перемещаются вблизи дна. Под действием волн они могут перейти во взвешенное состояние, но вновь быстро осаждаются. Таким образом, песок под действием волн будет испытывать возвратно-поступательное движение. Только после выноса на глубокую воду песок окончательно отлагается- Размер переносимых частиц песка зависит от энергии волн. Если волны малы, то они смогут перемещать только тонкозернистые частицы. С увеличением энергии волн все более крупные частицы начинают принимать участие в движении. Во многих районах, например на побережье Калифорнии, волны намного выше зимой, чем летом. Поэтому летом можно наблюдать широкий песчаный пляж. Осенью с ростом энергии волн песок выносится на глубокую воду и ширина пляжа значительно уменьшается. Весной по мере уменьшения энергии волн ширина пляжа вновь увеличивается. При разрушении волн на мелководье и баре может возникнуть разрывное течение. В этом случае вода возвращается в море не через бар, а через узкий канал в баре, образуя мощное течение в сторону моря. Неопытные пловцы, попадающие в разрывное течение, обычно пытаются плыть обратно к берегу против течения. Они теряют силы в бесполезной борьбе с течением и погибают. В этой ситуации нужно плыть параллельно пляжу, стараясь скорее выйти из узкой струи сильного течения, направленного в море. Движение песка происходит не только в направлении, перпендикулярном береговой линии. Когда человек изменяет береговую линию строительством гаваней, движение песка вдоль берега ставит перед ним серьезные проблемы. В Калифорнии, например, линия берега у мыса Консепшен Меняет направление с северного на западное. Волны, приходящие с запада, перпендикулярны береговой линии, расположенной севернее мыса Консепшен. Однако к югу от мыса они стремятся идти вдоль берега, формируя вдольбереговой дрейф песка с запада на восток. Общий расход песка составляет около 2 • 105 м3-год-1. Это означает, что за один год этим песком будет заполнен ров длиной 1 км, шириной 100 м и глубиной 2 м. Для защиты судов от волн открытой части Тихого океана в Санта-Барбара был построен волнолом. Уменьшив энергию волн, волнолом одновременно способствовал отложению песка внутри гавани. В результате пляжи к востоку от гавани были лишены поддерживающего их количества песка, и вдольбереговой дрейф вызвал быструю эрозию побережья. Для сохранения гавани и защиты побережья здесь проводятся землечерпательные работы. Песок поднимают со дна гавани и разгружают на пляже к востоку от нее. Таким путем искусственно поддерживают вдольбереговой дрейф песка. Чтобы избежать проблем, возникших при строительстве гавани Санта-Барбара, в Санта-Моника построили волнолом параллельно берегу в нескольких сотнях метров мористее побережья. Предполагалось, что таким путем будут убиты два зайца — берег будет защищен от высоких волн и песок сможет беспрепятственно двигаться вдоль побережья. К сожалению, эта ясная схема не сработала. После постройки волнолома расположенный за ним пляж стал расти в сторону моря и образовал препятствие для вдольберегового дрейфа песка. В это же время пляж к востоку от волнолома начал эродировать. В результате в Санта-Моника были вынуждены прибегнуть к землечерпательным работам для переброски песка. Береговая линия есть результат действия природных сил. Когда человек пытается разрушить естественное равновесие, он вынужден за это расплачиваться. В настоящее время даже при существенно стационарном положении уровня моря поддержание гаваней в рабочем состоянии представляет достаточно трудную задачу. При изменениях уровня эта задача усложняется.
Устья рек, впадающих в море
Волны переносят осадки вдоль побережья. Осадки образуются в результате эрозии берега либо выноса реками из внутренних частей материка. Поэтому важно исследовать то место побережья, где река впадает в море. Поразительным примером может служить устье р. Нила. Здесь при выходе в море выносимые осадки образуют дельту. Другие реки при выходе в море образуют не выпуклый, а вогнутый берег. В качестве примера этих двух типов рек рассмотрим устья рек Миссисипи и Гудзон. Река Миссисипи. Наше путешествие вниз по реке мы начнем у Кейро (США, штат Иллинойс), где р. Огайо впадает в Миссисипи. Хотя Кейро расположен в 1000 км от устья, его превышение над уровнем моря равно всего только ПО м. Миссисипи течет посредине долины шириной 150 км, которая постепенно расширяется вниз по течению. В 500 км от устья превышение над уровнем моря едва достигает 2 м. К юго-востоку от Нового Орлеана начинается дельта реки. Здесь Миссисипи построила полосу суши шириной 10—20 км, прорезанную руслом. В конце своего пути река разветвляется на ряд рукавов (проток), образуя дельту, напоминающую птичью лапу. При входе в Мексиканский залив глубина быстро увеличивается. Уже в 15 км от южной кромки глубина равна 200 м, а в 50 «м от нее — 1 км. Если пересечь прибрежную часть Мексиканского залива» в 150 км к востоку от устья Миссисипи, то можно наблюдать иную конфигурацию дна. Покинув берег, мы вначале пересечем мелководный пролив Миссисипи, а в 20 км от берега — длинный узкий песчаный остров Хорн. Глубины здесь постепенно увеличиваются до 50 м в 100 км от материка. Далее глубины возрастают быстрее и на отметке 150 м уклон увеличивается до 1 : 60. Для сравнения укажем,, что относительно ровный, мелководный прибрежный район, называемый шельфом, имеет Уклон 1 : 1500. Река строит свои банки мористее кромки шельфа. Река Гудзон представляет собой другой тип реки. От Олбани (США, штат Нью-Йорк) до Нью-Йорк-Сити (на расстоянии 220 км) уровень ее падает на 2 м. За маяком Санди-Хук (гавань Нью-Йорка) глубина быстро увеличивается до 60 м, за тем она остается почти неизменной на расстоянии 120 км и в конце участка достигает 80 м. Затем уклон моря быстро взрастает до 1 : 20. Детальная съемка показала, что от кромки шельфа к устью реки проходит подводный канал. Существование канала можно объяснить, если вспомнить, что 17 000 лет тому назад уровень моря был ниже настоящего на 100 м. В то время р. Гудзон прорезала канал на месте современного шельфа, на р. Миссисипи в результате большого объема выносимых осадков этот древний канал заполнился. На р. Гудзон количество выносимых осадков было недостаточным для полного заполнения старого речного канала. Можно предполагать, что расположенный на шельфе каньон является каналом, прорезанным рекой в прошедшее оледенение. Каньон продолжается в океане за кромкой шельфа Д° глубины 4 км. Поскольку пресная вода р. Гудзон легче морской, трудно поверить, что река может прорезать канал на таких больших глубинах. О возникшей проблеме пойдет речь в следующей главе. Мы живем в весьма динамичный период истории Земли. Во многих районах побережья видны «шрамы» речных долин. созданных в то время, когда уровень моря был на 100 м ниже современного. Закрытые бухты побережья, такие, как Чесапикский залив, это погрузившиеся речные долины. Другие заливы, такие, как фиорды Скандинавии, были вырыты ледниками. В некоторых районах, где реки выносят осадки с обширных территорий материков, шрамы были заглажены отложениями и суша оттеснила море. Если в одних местах реки отодвигают море, то в других волны размывают берега. В Орегоне, например, волны из Тихого океана постепенно разрушают крутые утесы вдоль берега. Здесь хрупкие осадочные породы прерываются интрузиями намного более прочных базальтов. Осадочные породы размываются быстрее, образуя вогнутые пляжи между базальтовыми мысами .
Шельф
По мере продвижения в океан мы пересекаем относительно ровные районы шельфа. Ширина его различна. Мористее Сибири он простирается на 800 км от берега, а у западного побережья Южной Америки шельф отсутствует. Средняя ширина шельфа Мирового океана 70 км, а его средний уклон 2 м-км-1. В основном шельф ограничен изобатой 135 м. За ней крутизна склона возрастает до 70 м-км-1. Эта часть окраины материка называется материковым склоном. Обычно для достижения изобаты 200 м требуется удалиться от берега на значительное расстояние. Пройдя эту глубину, мы быстро пересечем изобаты 1, 2, 3 и 4 км. Мы уже знаем, что крупные частицы отлагаются быстро, а по мере уменьшения их размеров они опускаются все более медленно. Поэтому можно было бы ожидать, что вблизи берега мы встретим крупные осадочные породы, отсортированные от Мелкозернистых фракций мористой части шельфа. Однако на карте распределения осадков обнаруживается более сложная Картина: в одних районах вблизи берегов отлагаются илы, в то время как более крупнозернистый материал встречается на кромке шельфа. Распределение осадков есть результат колебаний уровня моря и изменений энергии волн. Для того чтобы понять всю картину, необходимо изучить не только современне условия, но также коренные изменения за последние миллионы лет в истории Земли. В нашем путешествии в сторону моря мы повстречаемся Длинными, узкими барьерными островами. Распределение шельфовых осадков отражает наступание и отступание кромки материковых ледников, а также действие волн и приливов. Вследствие сложной истории формирования шельф меняется от места к месту. Для детального исследования шельфа применяют эхолоты и различные типы храпцов, позволяющих поднимать материал со дна. Для изучения более глубоких слоев осадков опускают утяжеленные длинные и тонкие грунтовые трубки. Грунтовая трубка проникает в осадочный слой, а затем поднятая со дна колонка осадков извлекается из трубки и исследуется. Используя звуковые волны, можно исследовать и более глубокие слои. Для этого применяются более мощные по сравнению с эхолотом сигналы, которые проникают сквозь поверхностный слой осадков к подстилающим породам. Анализируя Различными методами данные, мы получаем возможность более точно реконструировать геологическую историю материковых окраин.
Глубоководные впадины
На первый взгляд может показаться, что океаны должны иметь наибольшие глубины в своих центральных районах меньшие при приближении к материковым окраинам. В действительности в середине океанов простираются громадные горные хребты, а вблизи материковых окраин наблюдаются самые глубокие впадины. Наиболее значительные из них опоясывают Тихий океан. Если вершина Джомолунгмы поднимается только на 9,5 км выше уровня моря, то наиболее глубокая впадина простирается более чем на 11 км ниже этого уровня. Крупные депрессии имеют намного большую длину, чем ширину. Поэтому нередко их называют океанскими впадинами или желобами. Ряд впадин, опоясывающих Тихий океан, носит название «огненное кольцо» ввиду их соседства с активными вулканами. В районе впадин весьма часты землетрясения. Так, землетрясение «Гуд Фрайди» 1964 г., образовавшее цунами, произошло на восточной кромке Алеутской впадины. Пляжи формируются в результате переноса песка и более крупного материала перпендикулярно береговой линии. Волны, идущие косо к берегу, вызывают вдольбереговой дрейф осадков. Там, где человек три строительстве гаваней возводит препятствие вдольбереговому дрейфу, для восстановления нарушенного перемещения материала вокруг гавани оказываются необходимыми землечерпательные работы. Современная береговая линия сложилась в результате длительной геологической истории. В некоторых районах места опустившихся речных долин занимают эстуарии, в других районах осадки, выносимые реками, наполняют подводные долины и образуют дельты. В большинстве случаев материки окружены широким мелководным шельфом, который граничит с крутым материковым склоном на глубине около 135 м. Океанские впадины сопряжены с вулканическими горными хребтами и цепями островов. Эти впадины опоясывают кольцом Тихий океан и тесно связаны с зоной сейсмической активности.
Постоянство материков
На всех материках встречаются породы докембрия, так же как осадки кембрийского периода. Ископаемые древние организмы и скальные породы этого последнего периода (500— 600 млн. лет тому назад) показывают, что на месте современных материков располагались суша или мелководные моря. Таким образом, материки существовали на протяжении всех Эпох, освещаемых геологической историей. Они не изменялись По крайней мере в течение прошедших миллионов лет существования Земли. Однако из этого не следует, что положение Материков всегда оставалось неизменным.
Земля под океаном
Количество получаемой энергии Солнца, а следовательно, и климат изменяются с широтой. Магнитное поле Земли центрируется относительно оси вращения Земли. Долгота имеет только относительное значение. Она условно отсчитывается от гринвичского меридиана. Попав на необитаемый остров и лишившись средств сообщения, мы имели бы возможность приблизительно установить широту места, но не его долготу.
Пытаясь определить прошлое положение материков, мы попадаем в аналогичную ситуацию. Мы можем определить палео-широты и не имеем возможности установить палео-долготы. Для установления древних широт мы можем обратиться к климатическим признакам. Ископаемые укажут нам, какой был климат в прошлом: теплый или холодный. Признаки оледенения одновременно служат обличительной чертой высоких широт. Однако при анализе этих данных нужно иметь в виду, что климат данной широты не обязательно остается постоянным. Например, в эпоху оледенений ледники распространялись в низкие широты, а затем снова отступали.
Дрейф материков
Земли объясняют перемещения магнитных полюсов изменениями оси вращения Земли. Бели бы мы смогли обнаружить магнитные стрелки, «замороженные» в древних породах, то тотчас получили бы возможность определить местоположение древнего полюса относительно этих пород. Ясно, что мы не можем надеяться найти ржавые стрелки компаса, пролежавшие миллионы лет. Этими стрелками служат природные намагниченные породы, содержащие минерал магнетит. Небольшие зерна магнетита присутствуют в малых дозах во многих отложениях. Во взвешенном состоянии частицы магнетита ориентируют свои полюса параллельно магнитным силовым линиям Земли. После отложения они будут сохранять направление полюсов, соответствующее прошлому магнитному полю. Погребенные в отложениях частицы магнетита уже не будут иметь возможности вращаться. Таким образом, в осадочных породах магнитное направление окажется «замороженным». Бели относительное положение земного полюса изменится, частицы магнетита по-прежнему будут указывать направление на старый полюс, соответствующий времени их отложения. Древнее магнитное поле может быть «замороженным» в породах и другим путем. При высоких температурах подвижность атомов предохраняет материал от сильного намагничивания. Некоторые материалы, такие, как железняк и магнетит, намагничиваются при охлаждении ниже точки Кюри. Температура точки Кюри зависит от материала, но обычно близка к 500° С. В расплавленных породах минералы намагничиваются в направлении магнитного поля Земли после перехода через точку Кюри. Однажды охладившись, они сохраняют свою ориентацию намагничивания независимо от более поздних изменений внешнего магнитного поля. Для приобретения нового направления они должны быть снова расплавлены. Намагничивание, «замороженное» в породах вследствие охлаждения или седиментации, весьма невелико. Однако, используя современную чувствительную аппаратуру, можно Установить ориентацию древних магнитных «стрелок». Такие Магнитные измерения были выполнены во многих местах, соответствующих различным геологическим периодам. Если бы материки и ось Земли оставались в неизменном положении, то се измерения должны были бы отражать примерную ориентацию современного магнитного поля.
Палеомагнитные данные
Палеомагнитные данные Северной Америки позволили установить, что положение полюса относительно материка изменялось современем. В течение одной и той же геологической эпохи положение полюса было одним и тем же, однако, прослеживая изменения ,от настоящего времени к прошедшему, можно обнаружить постепенное перемещение Северного полюса от современного положения к положению в средней части Тихого океана. Это изменение можно объяснить перемещением оси вращения Земли относительно коры. Изучая палеомагнитные данные другого материка, мы обнаружим, что траектория полюса изберет другой путь относительно тех же самых материков. Следовательно, не только полюс перемещается относительно материков, но и материки перемещаются относительно друг друга. Поскольку мы не в состоянии определить древние долготы, по одним только магнитным данным невозможно реконструировать лик Земли в прошлые геологические эпохи. Однако с магнитными данными согласуются только определенные конфигурации материков. Следовательно, статическая география невозможна.
Картина-загадка
Магнетизм горных пород заставляет предположить, что материки перемещались на поверхности Земли. Это предположена было выдвинуто несколькими геологами задолго до того, как данные о магнетизме стали доступными для исследования. 1910 г. Тейлор и немного позднее Вегенер выдвинули теорию дрейфа материков. В 1937 г. Дю Тойт написал книгу «Наши блуждающие материки». Толчком к развитию идеи о дрейфе материков послужило подобие береговых линий: западной в Африке и восточной в Южной Америке. Если мы вырежем эти материки на глобусе, то они совпадут подобно кускам картины-загадки — головоломки, в которой нужно сложить мелкие кусочки, чтобы получилась картинка. Наилучшее совпадение получится, если мы сделаем разрез вдоль материкового склона и элиминируем современные отложения рек. Если разрез сделаем на двумерной карте, то совпадение будет худшим из-за искажений картографической проекции. Если Южная Америка и Африка когда-то соединялись, то можно было бы ожидать не только совпадения береговых линий, но и подобия геологических структур. Более современные отложения, возникшие после образования Атлантики, могли быть различными по обе стороны океана. Однако геологическая структура до разделения материка должна быть одинаковой. При сравнении геологических структур двух материков обнаруживается поразительное их подобие. Различия в ископаемых обнаруживаются после мелового периода (около 120 млн. лет тому назад). До мела древние ископаемые организмы весьма сходны, что служит признаком относительных движений между Африкой и Южной Америкой. Сравнивая различные геологические слои на этих двух материках, мы обнаруживаем их непрерывность. Если соединить выступ Южной Америки и изгиб Африки, то границы между различными отложениями точно совпадают. Так, на обеих сторонах существует полоса пород с возрастом 600 млн. лет.
Дно Атлантического океана
Как мы уже видели, геологические признаки двух материков показывают, что Атлантический океан образовался около 120 млн. лет тому назад. Обратимся теперь к доказательствам на дне океана. Наиболее характерная особенность Атлантики— Срединно-Атлантический хребет, который рассекает океан на две части . Не является ли этот хребет районом, вдоль которого происходит разрастание океана? Если это действительно так, то центральная часть хребта должна быть более молодой по геологическим признакам, чем дно океана по обе стороны от хребта. Если Атлантика начала формироваться в раннем меловом периоде, то на ее современном дне не должно быть осадков древнее упомянутого периода. Действительно, возраст базальтовых океанических островов постепенно увеличивается с удалением от срединно-океанических хребтов. В центральной Атлантике возраст островов не превышает 120 млн. лет. Мощность морских отложений увеличивается от хребта в сторону материков, хотя скорость увеличения неодинакова. Эти данные подкрепляют идею о возникновении около 120 млн. лет тому назад нового океанического дна вдоль Срединно-Атлантического хребта.
Полосовые магнитные аномалии
Вайн и Мэтьюз (1963) предположили, что информация 0 разрастании срединно-океанических хребтов может быть получена по магнитным данным. Хотя ось магнитного поля Земли приблизительно совпадает с осью ее вращения, направление магнитных силовых линий периодически меняется. Так, при исследовании намагничивания лав, отвердевших в течение последних 2 млн. лет, было обнаружено, что, хотя положение Магнитного полюса в этот период совпадало с современным, Магнитная полярность изменялась. Измеряя намагниченность и время затвердевания лав, Доуэлл и Далримпл (1966) восстановили магнитную историю земли . При затвердевании пород в периоды полярности земного поля, совпадающей с современной, их намагниченность дополняла интенсивность современного поля. При охлаждении и переходе через точку Кюри в периоды противоположной полярности их намагниченность уменьшала интенсивность современного поля. Мы можем измерить магнитное поле Земли поперек срединно-океанического хребта с помощью магнитометра, буксируемого позади судна. Проходя над породами, имеющими обратную намагниченность, мы получаем более низкое значение интенсивности поля, а над породами, имеющими направление намагниченности, совпадающее с современным полем,— более высокое значение интенсивности поля. Районы с интенсивностью поля, превышающей среднюю величину, окрашены в черный цвет; районы с интенсивностью, меньшей средней, оставлены белыми. По центру хребта проходит широкая полоса с высокой магнитной интенсивностью, свидетельствуя о наличии пород, которые, охладившись, прошли точку Кюри в течение последних 700 000 лет. Двигаясь в стороны от центральной полосы, мы обнаружим симметричную картину чередующихся магнитных полос, связанных с зонами положительно и отрицательно намагниченных базальтов, раздвинувшихся от гребня хребта. Симметрично расположенные полосы одного цвета образовались в период однозначной полярности поля. Пространственное положение полос и история смены полярностей помогают- определить скорость разрастания.
Движение блоков земной поверхности
Магнитные и другие данные приводят к выводу о разрастании дна океана от срединно-океанических хребтов. Если это так, то либо общая площадь поверхности Земли должна возрастать, либо где-то должно происходить сокращение поверхности, компенсирующее вновь созданное океаническое дно. Если бы такого сокращения не было, радиус Земли возрастал бы с фантастической скоростью — порядка 1 см-год-1. Такая скорость не может долго поддерживаться в течение любого геологически существенного отрезка времени. Поэтому должны существовать районы разрушения поверхности. Большая часть земной поверхности неподвижна, с отсутствием признаков горизонтальных напряжений. Землетрясения Локализуются в узких поясах, включая срединно-океанические хребты, океанические впадины и активные горные районы вроде Гималаев. Ни рыхлые осадки, ни консолидированные горные породы между этими активными поясами не несут признаков дефораИии. Отсюда следует вывод, что поверхность Земли разбита на ряд твердых плит или блоков, которые деформируются только на своих границах. Ле Пишон (1968), проведя исследование тектонически активных структур суши и дна океана, предположил, что. Земля в настоящее время состоит из шести крупных блоков, находящихся в движении относительно друг друга :
Тихоокеанский блок — включает большую часть Тихого океана и небольшие фрагменты западного побережья Северной Америки;
Американский блок — состоит из материков Северной и Юж4 ной Америки вместе с западной частью Атлантики. В Карибском районе расположен небольшой субблок; здесь могут наблюдаться слабые относительные движения северной и южной половин блока;
Евразийский блок — почти полностью материковый, состоит из всей Европы и большей части Азии, включая Индонезию и Филиппины;
Африканский блок — состоит из Африки, Мадагаскара, восточной половины Южной Атлантики и западной половины Индийского океана;
Индийский блок — распространяется от Аравийского полуострова до Новой Зеландии. Он включает в себя восточную половину Индийского океана, Новую Гвинею и Австралию. Этот блок, возможно, состоит из западного и восточного субблоков;
Антарктический блок — состоит из Антарктиды и Южного океана. Он включает полосу Тихого океана между Восточно-Тихоокеанским поднятием и западным побережьем Южной Америки.
Тот факт, что современные блоки просуществовали десятки миллионов лет, указывает на то, что нарушения сплошности в литосфере — явление стабильное. Однако за более длительные периоды одни разрывы исчезают и другие вновь образуются, т. е. структура блоков может измениться. Геологи еще не реконструировали историю географии и движения блоков литосферы. Таким образом, палеогеография ставит своей задачей изучение не только древних береговых линий, но и динамической истории блоков литосферы. Такая реконструкция позволила бы восстановить прошлую физиографию океанов, их срединно-океанические хребты и впадины и древние районы горообразования. Там, где блоки литосферы раздвигаются, расплавленные породы (новые базальты) выходят в трещину из астеносферы» формируя срединно-океанические хребты. По мере разрастания вновь образованной коры в стороны от центрального хребта и охлаждения слагающего ее магматического вещества ниже точки Кюри возникают магнитные полосы. Недавно поднявшиеся из глубоких недр породы имеют более высокую температуру по сравнению с температурой древней коры на тех же глубинах. Их пониженная плотность Приводит к изостатическому подъему пород и формированию хребта. С удалением от центра хребта породы охлаждаются» их плотность увеличивается и они медленно опускаются. Фактически рифты более изрезаны и состоят из ряда линейных сегментов, разветвленных секущими сбросами. Самый большой разлом на экваторе морфологически выражен впадиной Романш. Разрывность рифта создает, по терминологии Вильсона (1965), трансформный разлом. Такие разломы отличаются от обычных разломов между двумя движущимися блоками. Там, где блоки конвергируют, происходит сокращение площади поверхности. Механизм сокращения зависит от скорости конвергенции. При умеренных скоростях, 5—6 см-год, сжатие (надвиг) приводит к горообразованию. Горизонтальные осадочные слои деформируются и литосфера увеличивает свою толщину, вызывая изостатический подъем. Более быстрая конвергенция, 6—9 см-год, приводит к образованию океанических впадин. Крутая линия погружения эпицентров землетрясений заставляет предположить, что происходит поддвид — подсов одного блока литосферы под другой. Ле Пишон (1968) предположил, что увеличивающаяся плотность опускающегося блока может заставить его опускаться и дальше вниз, вызывая напряжение. Плотность увеличивается не только в результате сжатия, но также благодаря потере менее плотных компонентов, которые извергаются на поверхность в виде вулканической лавы. Глубина, на которую верхний блок может притопить нижний, ограничена. Поэтому этот вид конвергенции должен прекратиться после сокращения дна океана примерно на 1800 км. С этой точки зрения характер движения между блоками должен измениться. Таким образом, старые блоки могут сплавиться вместе, а в других районах возникнут новые разломы.
Движущая сила дрейфа материков
Многие из структур поверхности Земли могут быть объяснены предположением о том, что литосфера состоит из нескольких блоков, перемещающихся относительно друг друга. Существование более пластичной астеносферы под относительно твердой литосферой облегчает движение. Тем не менее сила трения на нижней поверхности блоков, а также точки конвергенции должны были бы остановить дрейф при отсутствии движущей силы. Кинетическая энергия блоков должна была бы постепенно уменьшиться до полного прекращения движения. Вычислим кинетическую энергию на единицу площади. Силы, перемещающие блоки, должны быть приложены к нижней поверхности литосферы. Главная сила — это тепловая энергия, радиоактивного распада урана, тория и изотопа калия. Это намного меньше тепла, получаемого от Солнца, так что тепловой поток от внутренних слоев Земли не влияет непосредственно на климат. Внутреннее тепло Земли может быть перенесено теплопроводностью, радиацией и конвекцией. Из этих трех видов переноса только конвекция связана с движением и может быть движущей силой дрейфа материков. Конвекционные течения возникают при нагревании жидкости снизу. Разница в плотности между нагретой и холодной жидкостями приводит к вертикальному движению, поскольку нагретая жидкость поднимается, а охлажденная опускается. Вертикальные движения становятся упорядоченными и возникает картина вертикальных конвективных ячеек . Горизонтальные движения верхней части астеносферы приводят в движение блоки литосферы. Направление результирующей силы будет зависеть от расположения блоков относительно конвективных ячеек. Общая сила на нижней части блока есть векторная сумма сил, вызванных индивидуальными конвекционными ячейками. Поскольку геометрия блоков определяется слабым звеном земной поверхности, картина движения блоков не обязательно должна совпадать с картиной конвекционных течений. Крупномасштабные динамические свойства поверхности твердой Земли, по-видимому, вызваны движением больших блоков литосферы. Сейсмическая активность в основном приурочена к кромкам этих блоков, в то время как внутренние части блоков остаются несейсмичными. Там, где блоки раздвигались, образовались новая океаническая кора и срединно-океанические хребты. Там, где блоки конверсировали, возникли районы горообразования и океанические впадины. Это движение вызывается конвекционными течениями, обусловленными в свою очередь потоком тепла из внутренних частей Земли. Современные исследования установили общий характер этого движения в течение последних 10 млн. лет. Детали движения и динамическая история литосферы в геологическом прошлом еще не определены. Хотя океанические бассейны и материки, вероятно, существовали длительный отрезок геологического времени, география Земли далека от статического состояния. Атлантика является сравнительно молодой и образовалась в результате раскола гигантского суперматерика. Это событие произошло около 120 млн. лет тому назад. Материки расходились и вновь соединялись. Для понимания истории океана, а следовательно, и окружающей среды прошлого необходимо расшифровать динамическую географию прошлого.
