Краткая история развития теории тектоники литосферных плит

Краткая история развития теории тектоники литосферных плит

литосферный континент астеносфера тектоника Рождение в геологии нового научного направления — мобилизма — в виде гипотезы дрейфа материков обычно связывают с именем немецкого геофизика Альфреда Вегенера. В первой четверти XX в. А. Вегенер выдвинул предположение, что в конце палеозоя — начале мезозоя, около 200 млн. лет назад все материки были сгруппированы в единый гигантский континент, который он назвал Пангеей. Этот суперконтинент состоял из двух крупных частей: северной — Лавразии, объединявшей нынешнюю Европу, Азию (без Индии) и Северную Америку, и южной — Гондваны, включавшей Южную Америку, Африку, Антарктиду, Индостан и Австралию. Между юго-восточной границей Лавразии и северо-восточной Гондваны в виде огромного залива находилась впадина океана Тетис. Первоначально гипотеза А. Вегенера основывалась на поразительном сходстве в очертании берегов Африки и Южной Америки. Однако в дальнейшем, отстаивая свою концепцию дрейфа материков, ученый черпал новые факты для ее подтверждения в палеонтологии, палеоклиматологии, геологии, минералогии. Благодаря своей простоте и наглядности предложенная им гипотеза дрейфа континентов дала мощный импульс развитию идей мобилизма. Однако в то время Вегенер не смог указать силы, ответственные за передвижение континентов и обладающие достаточной энергией для образования обширных горных систем. Позднее голландский геофизик Ф. Венинг-Мейнес в качестве такой силы предположил конвективные течения в мантии Земли, а англичанин А. Холмс и американец Д. Григе связали их с дрейфом материков. И все же в те годы еще не было достаточно убедительных доказательств гипотезы А. Вегенера, поэтому большинство геологов относились к ней скептически.

Новый импульс в своем становлении теория тектоники литосферных плит обрела в конце 50-х — начале 60-х годов XX в, когда широкое развитие получили геофизические методы исследования Земли, гравитационная съемка областей материковых оледенений, палеомагнитные исследования горных пород и целенаправленная магнитная съемка океанов, занимающих 2/3 поверхности Земли. В этот период был сделан ряд принципиально важных открытий в науках о Земле.

Прежде всего, было установлено существование пластичного слоя астеносферы, который допускал возможность перемещения литосферы относительно подстилающей мантии; было подтверждено существенное отличие мощности и состава океанической коры от континентальной; но самое главное — было установлено существование глобальной системы срединно-океанических хребтов и приуроченных к их вершинам узких зон океанического рифтогенеза; открыта система линейных знакопеременных магнитных аномалий, параллельных и симметричных осям срединных хребтов, способных фиксировать периодические инверсии магнитного поля Земли. К тому же благодаря широкому развитию сейсмостанций стало возможным построить карту сейсмической активности Земли. Из этой карты следовало, что большая часть эпицентров землетрясений (= 98%) приурочена к линейным вытянутым поясам, обрамляющим обширные почти асейсмичные участки поверхности Земли, позже названные литосферными плитами. Изучение остаточной намагниченности горных пород, позволяющей восстановить их положение в древнем магнитном поле, подтвердило, что материки испытывали значительные перемещения, прежде чем занять свое современное положение.

Изложенные факты не укладывались ни в одну тектоническую гипотезу, отрицающую горизонтальные перемещения материков, и заставили вспомнить о гипотезе Вегенера, которая в то время насчитывала лишь очень немногочисленных сторонников. В 1961;1968 гг. усилиями американских, английских, канадских и французских геофизиков и геологов были разработаны основы новой мобилистской теории, первоначально больше известной как новая глобальная тектоника, а затем тектоника плит (точнее, тектоника литосферных плит). Основой ее явилась идея об образовании океанов в результате раздвижения континентов и разрастания молодой океанской коры, начиная от осей срединно-океанических хребтов. Этот процесс был впервые описан американскими геологом Г. Хессом и геофизиком Р. Дитцем и получил от последнего название спрединга океанского дна (спрединг буквально означает разрастание). Г. Хесс в своей работе, которую он назвал «геопоэтическим эссе», высказал предположение, что горячее, частично расплавленное мантийное вещество, поднимаясь вдоль рифтовых трещин, должно растекаться в разные стороны от оси СОХ (срединно-океанический хребет) и растаскивать океанское дно в разные стороны. Поднимающееся расплавленное мантийное вещество заполняет рифтовую трещину, застывая в ней и наращивая таким образом расходящиеся края океанической коры. Из теоретической концепции Г. Хесса и Р. Дитца о разрастании океанского дна следовало представление о молодости (в геологическом масштабе) океанической коры.

Определение возраста океанической литосферы сначала по геофизическим, а потом и по геологическим данным — одно из важнейших событий в развитии всей геологической науки второй половины XX в.

Принципиальная возможность геоисторической интерпретации аномального магнитного поля океана, т. е. определение возраста дна по рисунку аномалий дна, впервые была показана в 1963 г. Ф. Вайном и Д. Мэтьюзом. Ученые убедительно объяснили полосчатый и линейный характер магнитных аномалий в океане как результат сочетания трех фундаментальных и независимо установленных факторов. Первый — разрастание дна океана, при котором каждая новая порция изверженных базальтовых магм, застывая в рифтовой зоне, намагничивается под влиянием главного магнитного поля, а затем, «припаиваясь» к дивергентным краям двух плит, разрывается примерно посредине и растаскивается в стороны. Второй фактор — изменение полярности главного магнитного поля Земли. Оно происходит достаточно быстро за первые тысячи лет, а один и тот же знак геомагнитного поля сохраняется на протяжении нескольких десятков и сотен тысяч лет. За последние несколько миллионов лет магнитные полюса Земли меняли свою полярность свыше 20 раз. Осредненное за такое время геомагнитное поле может быть с хорошим приближением описано полем теоретического магнитного диполя, направленного по оси вращения Земли и расположенного практически в ее центре. Третий фактор, позволяющий проводить количественную геоисторическую интерпретацию аномального магнитного поля океана, — это существование у базальтов океанической коры остаточной намагниченности, приобретенной ими в момент их застывания и остывания в рифтовой зоне, и ее преобладание над индуктивной намагниченностью, обусловленной воздействием современного геомагнитного поля.

Для объяснения природы знакопеременного и симметричного аномального магнитного поля океанского дна Ф. Вайн и Д. Мэтьюз предположили, что магнитные аномалии океана есть не что иное, как запись инверсий магнитного поля Земли в геологическом прошлом на гигантской природной «магнитофонной» ленте — океанической коре, которая, застывая в рифтовой трещине, рвется в ней примерно посередине и каждая половина раздвигается в стороны от места своего рождения. Зная порядок чередования и время каждой инверсии главного магнитного поля Земли, можно составить единую шкалу геомагнитных инверсий, скоррелированную с геохронологической шкалой, и по рисунку аномалий определить возраст дна океана. Геоисторическая интерпретация аномального магнитного поля дна океана, подтвержденная данными глубоководного бурения, убедительно показала геологическую молодость океанского дна. В рифтовых трещинах располагаются самые молодые породы, имеющие современный возраст, а на флангах СОХ и в районах абиссальных котловин возраст пород достигает 80−100 млн. лет. Самый древний возраст океанической коры не превышает 160−170 млн. лет, что составляет всего 1/30 от возраста нашей планеты.

Американский геолог Г. Менард открыл в Тихом океане гигантские разломы, пересекающие срединно-океанические хребты, а канадский геофизик Дж.Т. Вилсон установил, что они образуют особый класс разломов, и назвал их трансформными.

Итак, к концу 60-х годов XX века были сформулированы основные положения новой геологической теории, получившей название тектоники литосферных плит, которые кратко изложены ниже на основе фундаментальных работ мобилистов (Ле Пишон и др., 1977; С. А. Ушаков, 1974; Л. П. Зоненшайн, 1979; О. Г. Сорохтин, 1974; О. Г. Сорохтин, С. А. Ушаков, 1991, 1993 и др.).