Ранняя история Земли

На втором главном направлении современных исследований - изучении ранней истории Земли - в последние годы также достигнуты существенные успехи, хотя далеко не все вопросы могут считаться решенными. Эти успехи выражаются прежде всего в охвате геологическими исследованиями практически всех основных регионов распространения раннедокембрийских пород, так называемых щитов древних платформ. В этих исследованиях основное внимание уделено определению абсолютного возраста горных пород радиоизотопными методами. В настоящее время достигнута поразительная точность - первые миллионы лет для пород с возрастом более трех миллиардов лет.

Однако возраст древнейших пород, сохранившихся на поверхности Земли, не превышает 4,0 млрд. лет, а возраст переотложенных в более молодых породах зерен циркона, обнаруженных в Австралии, составляет 4,2 - 4,3 млрд. лет. Иначе говоря, первые 300 и даже 600 миллионов лет существования Земли остаются недокументированными. Тем не менее высказываются предположения, что первоначально, когда Земля еще была сильно разогрета, на или близ ее поверхности существовал "магматический океан", в результате застывания которого образовалась первичная базальтовая или близкая по составу кора Земли. Примерно одновременно за счет конденсации водяных паров, окутывавших Землю, образовалась ее водная оболочка - гидросфера. Повторное плавление этой коры либо под влиянием мантийных струй, либо в первых зонах субдукции привело к возникновению островов континентальной, вернее, протоконтинентальной коры, сложенной натровыми гранитоидами, превращенными в гнейсы. Это так называемые "серые гнейсы", распространенные на всех древних щитах. Именно по ним получены самые древние возрастные определения - 4,0 - 3,2 млрд. лет. В среднем и вполне определенно в позднем архее, т.е. после 3,5 млрд. лет активно развивались вулканические дуги, сформированные на первичной, остаточной или вторичной, новообразованной при растяжении океанской коре над зонами субдукции. Эти дуги последовательно примыкали к древним "серогнейсовым" ядрам, наращивая их. Таким образом, к концу архея, т.е. 2,7 - 2,5 млрд. лет назад, возникли уже значительные площади континентальной коры, которые, вероятно, слились в единый суперконтинент, первую Пангею в истории Земли. Мощность этой коры достигла нормальной для современных континентов мощности в 35 - 40 км, низы ее под влиянием высоких давления и температуры испытали значительный метаморфизм, а на средних уровнях произошло выплавление больших масс гранитов, теперь уже содержавших больше окисла калия, чем натрия.

В начале протерозоя (2,5 млрд. лет назад) произошла крупная перестройка структурного плана Земли. Возникший в конце архея суперконтинент - первая Пангея - претерпел деструкцию и к 2,3 - 2,2 млрд. лет распался на отдельные, относительно небольшие континенты, разделенные бассейнами с новообразованной океанской корой. Соответственно раннепротерозойская тектоника может быть названа, вслед за канадским геологом А. Гудвином, тектоникой малых плит, в то время как позднеархейская тектоника - эмбриональной тектоникой плит. К концу раннего протерозоя (около 1,7 млрд. лет) континенты вновь спаялись в единый суперконтинент; образовалась новая Пангея. Распад этой Пангеи начался после 1,0 млрд. лет, хотя частичная ее деструкция и восстановление могли иметь место и в промежутке между 1,7 и 1,0 млрд. лет. В интервале 1,0 - 0,6 млрд. лет структурный план земной коры претерпел радикальные изменения и существенно приблизился к современному; с этого времени, как отмечалось, вступила в действие полномасштабная тектоника плит. Возник Тихий океан, наметились прообразы современных Северной Атлантики и будущего широтного океана Тетис, разделившего континенты на северную и южную группы. Но к концу палеозойской эры все континенты вновь спаялись в единый суперматерик; это и есть вегенеровская Пангея.

Таким образом, в истории Земли, как теперь выяснилось, неоднократно происходило формирование и затем распад Пангеи. Длительность таких циклов составляет 500 - 600 млн. лет, т.е. отвечает времени смены двухъярусной конвекции общемантийной (см. выше). Но на эту крупномасштабную периодичность изменения конвективного режима земных недр накладывается периодичность меньших порядков, проявляющаяся в усилении или ослаблении противоположно направленных тенденций: растяжения коры - рифтогенеза и ее сжатия - орогенеза. Связано это, очевидно, с периодическим усилением и ослаблением тепловыделения из недр Земли, что, в свою очередь, должно было отражаться на некотором изменении радиуса Земли. Следовательно, постулат классической тектоники плит о неизменности объема Земли вследствие автоматической компенсации спрединга субдукцией может быть принят лишь в самой общей форме, а в действительности Земля может претерпевать некоторую пульсацию своего объема. Мало того, поскольку наша планета несомненно испытывает вековое охлаждение, растрачивая запасенное при своем образовании и выделяемое естественно радиоактивными элементами тепло, должна проявляться общая тенденция уменьшения ее радиуса.

В ПОИСКАХ НОВОЙ МОДЕЛИ РАЗВИТИЯ ЗЕМЛИ

Рис. 2. Схема глобальной тектоники (по С. Маруяма и др., 1994).

Итак, тектоника плит, сохраняя свое значение в качестве основного инструмента анализа истории тектонических движений, деформаций и магматизма, становится лишь частным элементом более общей теории Земли, глобальной геодинамической модели, контуры которой начинают все более явственно намечаться. Эта модель должна учитывать многооболочечное строение Земли и, с одной стороны, автономность протекающих в каждой из оболочек процессов, а с другой стороны, их взаимодействие, которое может носить переменный характер. Должно быть признано равноправие, в объеме всей Земли, конвективного и адвективного (плюм-тектоника) тепломассопереноса. Модель должна также учитывать существование многопорядковой периодичности в изменении эндогенной активности Земли наряду с проявлением общей тенденции снижения этой активности в связи с исчерпанием запасов внутреннего тепла. Иначе говоря, модель должна иметь временную, гисторическую компоненту, а не только отражать сиюминутную динамику. Наконец Земля в ней должна рассматриваться как открытая система, подверженная влиянию процессов, протекающих в околоземном космическом пространстве.

Работа над созданием глобальной геодинамической модели, отвечающей перечисленным критериям, уже активно ведется как в нашей стране, так и за рубежом. На данный момент в этом направлении больше всего преуспели наши японские коллеги, судя по опубликованной ими серии статей в юбилейном, сотом номере Журнала Японского Геологического Общества за 1994 год. Основные положения предложенной ими геодинамической модели таковы.

Рис. 3. Модель основного тепломассопереноса в современной Земле (по С. Маруяма и др., 1994)

В Земле выделяется по характеру господствующих геодинамических процессов три главных области (рис. 2): тектоносфера, охватывающая кору и верхнюю мантию с переходной зоной, нижняя мантия и ядро. В тектоносфере господствует тектоника плит, в нижней мантии - плюм-тектоника мантийных струй и в ядре - "тектоника роста", выражающаяся в разрастании внутреннего ядра за счет внешнего. В связи с тем, что Земля, находясь в холодном космическом пространстве, охлаждается сверху, первотолчком в геодинамических процессах служит погружение в зонах субдукции пластин охлажденной океанской литосферы. Достигнув границы на глубине 670 км, эти пластины здесь задерживаются, пока материала не накопится столько, что он начнет "проваливаться" в нижнюю мантию, достигая в конечном счете поверхности ядра. Внедрение этого материала в ядро нарушает проявляющийся в нем режим конвекции и вызывает подъем мантийных струй - плюмов от границы ядра. Достигнув уровня 670 км, эти плюмы расщепляются (рис. 3), проникая далее в верхнюю мантию и порождая здесь восходящие течения, над которыми образуются оси спрединга срединноокеанских хребтов (в дальнейшем они могут отклоняться от породивших их плюмов). Так совершается, согласно японской модели, переход от плюм-тектоники к тектонике плит (плейт-тектонике).

Рис. 4. Схема планетарной эволюции тектонических стилей во времени (по М. Кумазава и С. Маруяма, 1994).

В историческом аспекте, в соответствии с той же моделью, развитие Земли, как и других планет, началось с "тектоники роста", т.е. с образования ядра (рис. 4). Оно продолжалось временем господства плюм-тектоники, которая уже в архее начала сменяться в верхних оболочках Земли плейт-тектоникой. Подобная смена, вероятно, наблюдается в настоящее время на Венере. Марс, по мнению японских исследователей, уже миновал стадию плейт-тектоники и вступил в стадию общего сжатия литосферы, а Меркурий и Луна почти полностью утратили глубинную активность и на них господствуют экзогенные, вызванные внешними воздействиями процессы.

Кратко пересказанная выше концепция японских ученых о развитии Земли несомненно является сегодня наиболее прогрессивной, учитывающей новейшие достижения наук о Земле и сравнительной планетологии. Естественно, однако, что она не лишена недостатков. Главным из них, имеющим методологическое значение, представляется недооценка влияния на земные, не только поверхностные, но и глубинные процессы, космического фактора, обусловленного перемещением Земли и всей Солнечной системы по галактической орбите и ее периодическим пересечением скоплений космической пыли. Попытки учесть этот фактор уже предприняты в отечественной науке.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Научная геология, поставившая целью выяснение закономерностей строения и развития нашей планеты, возникла в конце 18-го - начале 19-го века и с тех пор прошла большой и сложный путь. Первые объяснения движений и деформаций земной коры отдавали преимущество ее вертикальным перемещениям; это направление получило название фиксизма. Попытки его пересмотреть в десятые - двадцатые годы нашего века и заменить мобилизмом - признанием возможности крупных, тысячекилометровых перемещений пластин и блоков коры, т.е. мобилизмом, потерпели неудачу. Однако получение новых данных геофизики и изучения океанов привели в 60-е годы к торжеству мобилизма и появлению в геологии первой научной теории - тектоники литосферных плит. На ее основе геология успешно развивалась в 70-е - 80-е годы, но затем была осознана ограниченность этой теории и начались поиски новой, более универсальной модели. Такая модель недавно предложена японскими учеными.

ЛИТЕРАТУРА

Пущаровский Ю.М. Парадигмы в геологии. // Природа. 1995. N 1. С. 33 - 42.

Хаин В.Е. Основные проблемы современной геологии. М.: Наука, 1994.

Хаин В.Е. Два главных направления в современных науках о Земле: ранняя история Земли и глубинная геодинамика. // Вестн. Моск. ун-та, геол.. 1993. N 6. С 3 - 20.

Хаин В.Е. От тектоники плит к глубинной геодинамике. // Природа. 1995. N 1. С. 45 - 51.

Дата добавления: 2015-05-10