Круговорот земной коры в ходе движения литосферных плит

Наукой установлено, что более 2,5 млрд. лет назад планета Земля была полностью покрыта океаном. Затем под действием внутренних сил началось поднятие отдельных участков земной коры. Процесс поднятия сопровождался бурным вулканизмом, землетрясениями, горообразованием. Так возникли первые участки суши - древние ядра современных материков. Академик В. А. Обручев называл их «древним теменем Земли». Как только суша поднялась над океаном, на поверхности ее начали действовать внешние процессы. Горные породы разрушались, продукты разрушения сносились в океан и накапливались по его окраинам в виде осадочных горных пород. Толща осадков достигала нескольких километров, и под ее давлением океанское дно начинало прогибаться. Такие гигантские прогибы земной коры под океанами называют геосинклиналями. Образование геосинклиналей в истории Земли идет непрерывно с древнейших времен по настоящее время. В жизни геосинклиналей различают несколько стадий:

- эмбриональная - прогиб земной коры и накопление осадков

- созревания - заполнение прогиба осадками, когда толща их достигает 15-18 км., и возникает радиальное и боковое давление;

- складчатости - образование складчатых гор под давлением внутренних сил Земли;

- затухания- разрушение возникших гор внешними процессами и образование на их месте остаточной холмистой равнины.

Так как осадочные горные породы в области геосинклинали являются пластичными, то в результате возникшего давления они сминаются в складки. Образуются складчатые горы, такие как Альпы, Кавказ, Гималаи, Анды и др.

Периоды, когда в геосинклиналях идет активное образование складчатых гор, называют эпохами складчатости. В истории Земли известно несколько таких эпох: байкальская, каледонская, герцинская, мезозойская и альпийская. Процесс горообразования в геосинклинали может охватить области - области бывших, ныне разрушенных гор. Так как породы здесь жесткие, лишены пластичности, то они не сминаются в складки, а разбиваются разломами. Одни участки поднимаются, другие опускаются - возникают возрожденные глыбовые и складчато-глыбовые горы. Например, в альпийскую эпоху складчатости образовались складчатые горы Памир и возродились Алтайские и Саянские. Поэтому возраст гор определяют не по времени их образования, а по возрасту складчатого основания, который всегда обозначен на тектонических картах.

Геосинклинали, находящиеся на разных стадиях развития, существуют и сегодня. Так, вдоль азиатского побережья Тихого океана, в Средиземном море расположена современная геосинклиналь, переживающая стадию созревания, а на Кавказе, в Андах и других складчатых горах завершается процесс горообразования.

На поверхность здесь выходит основание древних гор - мелкие сопки - «горы-свидетели», сложенные прочными магматическими и метаморфическими породами.

Обширные участки земной коры, обладающие сравнительно малой подвижностью и равнинным рельефом, называют платформами. В основании платформ, в их фундаменте, лежат прочные магматические и метаморфические породы, свидетельствующие о некогда происходивших здесь процессах горообразования. Обычно фундамент покрыт толщей осадочных пород. Иногда породы фундамента выходят на поверхность, образуя щиты. Возраст платформы соответствует возрасту фундамента. К древним (докембрийским) платформам относятся Восточно-Европейская, Сибирская, Бразильская и др.

Платформы - это в основном равнины. Они испытывают преимущественно колебательные движения. Однако в отдельных случаях на них возможно и образование возрожденных глыбовых гор. Так, в результате возникновения Великих африканских разломов произошло поднятие и опускание отдельных участков древней Африканской платформы и образовались глыбовые горы и нагорья Восточной Африки, горы-вулканы Кения и Килиманджаро

Круговорот вещества земной коры материков и океанов, как уже было сказано, начинается смывом материкового вещества в океаны. Заканчивается круговорот вещества всплыванием из пределов мантии новых порций вещества вслед за воздымающимися, облегченными эрозией горными областями материков. По-видимому, в какой-то мере такой круговорот представляется законченным. Однако породы, слагающие воздымающиеся участки земной коры, часто представляют собой преимущественно породы морского осадочного происхождения. Это является одним из убедительных доводов в пользу и без того естественного допущения о том, что кроме вертикальных перемещений масс вещества происходят и горизонтальные его перемещения. На поверхности Земли такое перемещение масс вещества, смываемого с горных областей к океанам, производят реки. Встречное горизонтальное перемещение должно происходить там, где морские осадочные накопления приобретают подвижность.

Если породы действительно перемещаются в недрах мантии из-под океанов под материки, то это должно,прежде всего,сказаться в следах течения, в складчатости и в следах пребывания при относительно высоких температурах, что лучше всего проявляется в высокотемпературном метаморфизме пород осадочных накоплений.

Проявление складчатости в земной коре весьма разнообразно. Наиболее поразительными особенностями ее являются широкий интервал размеров складок, наблюдаемых в смятых породах. Вещество пород, претерпевших процесс складкообразования, смято не только в крупные и видимые мелкие плойчатые складки, но и в микроскладки, обнаруживаемые лишь при увеличении. С другой стороны, в результате складчатости происходят перемещения одних слоев но поверхности других слоев на весьма и весьма большие расстояния. Покровные и чешуйчатые структуры, шарьяжи, надвиги и выпучивание смятых в складки масс наблюдаются всюду в строении горных областей. К поразительным особенностям складчатости относится и то, что интенсивность складчатости возрастает с глубиной залегания смятых слоев.

Наука о земной коре не располагает гипотезой, объясняющей причины образования складчатости и ее особенности. Долгое время господствовало представление о том, что причина складчатости лежит в уменьшении земной поверхности в связи с уменьшением объема охлаждающейся Земли, но это представление, получившее название контракционной, разработанной французским геологом Эли де Бомоном и опубликованной в 1830 г., в настоящее время уже почти не находит сторонников.

Более обоснованными теперь считают представления, по которым основную и определяющую роль в активности земной коры играют силы, вызывающие вертикальные перемещения отдельных блоков, на которые разбита земная кора. Однако вертикальные силы неспособны вызвать складчатость в том виде и в таких масштабах, как это наблюдается в действительности. Поэтому М. М. Тетяев, разрабатывая вопросы геотектоники, пришел к заключению, что складчатые структуры создаются не в процессах горообразования, а где-то на глубине. Он пишет: «... процесс складкообразования охватывает всю земную кору, а не только ее поверхность. На поверхности он выражается только в элементарных, примитивных формах, в то время как на глубине проявляется в формах гораздо более сложных. Следовательно, формы поверхности ни в коей мере не охватывают всего многообразного содержания общего процесса складкообразования.

С другой стороны, изучение колебательных движений показывает, что горные страны и хребты возникают на основе поднятий в колебательных движениях, где процессы денудации расчленяют поднимающиеся участки вследствие различной сопротивляемости разрушению слагающих их горных пород. Таким образом, это образование гор не связано непосредственно с процессом складкообразования, а возникает в результате поднятия участков земной коры с ранее созданной складчатой структурой и созданной на глубине, но затем выведенной на поверхность вследствие поднятия».

М. М. Тетяев не высказывает соображений о причинах и процессах, которыми формируется складчатость на глубине, но само отнесение им процессов складкообразования в глубину, т. е. в пределы мантии, является признанием пребывания пород в горизонтах, лежащих ниже границы Мохоровичича. Правда, высказываются соображения и о том, что складчатость слоев земной коры возникает и в самой земной коре, в верхней мантии, но не под влиянием тангенциальных или горизонтальных сил и перемещений, а под влиянием вертикальных движений масс вещества земной коры и верхней мантии. Так, В. В. Белоусов предложил три варианта механизмов преобразования вертикальных движений в горизонтальные: «1) свободное движение пачек слоев вниз по склону тектонического поднятия; 2) гравитационное расползание верхней части относительно поднятого блока и давление, которое эта верхняя расползающаяся часть блока оказывает на слои соседнего относительно опускаемого блока; 3) раздвигающее действие диапировых складок, а также глубинных диапиров на вмещающие породы».

Эти типы перемещений, по существу относящиеся к оползневым движениям, по-видимому, преобладают среди горизонтальных перемещений твердого холодного вещества на дневной поверхности Земли, но они не характерны для тех проявлений течения, которые наблюдаются в виде различных форм складчатости и которые могут быть вызваны только горизонтальными перемещениями огромных масс на огромные расстояния.

Выдвинута также гипотеза циркуляции вещества мантии под влиянием различной скорости охлаждения его под материками и под океанами. Такая циркуляция, якобы, «засасывает» вещество земной коры и вызывает вертикальные и горизонтальные перемещения масс.

С точки зрения гипотезы круговорота вещества земной коры и верхней мантии, горизонтальные и вертикальные перемещения являются составными частями вечно идущего круговорота твердого вещества. Весьма важным обстоятельством является то, что перемещение вещества под материки происходит в пределах мантии. Сколько можно судить по имеющимся скудным сведениям о физико-химической обстановке в пределах мантии, ее основной особенностью является то, что вода, находящаяся там только в виде надкритической фазы, хорошо растворяется в породах, содержащих кремнезем. По-видимому, именно растворенная вода придает породам верхней мантии некоторую пластичность, обеспечивающую перемещение масс вещества в ее пределах от места накопления осадочных пород на дне океана и погружения в мантию до места выхода их в кору горной местности суши.

Не все части материков и не все области океанического дна в одинаковой мере участвуют в круговороте. Интенсивному воздыманию подвержены наиболее высокие горные части материков, которые быстрее смываются. Погружаются в пределы мантии также преимущественно те области океана, которые больше нагружаются речным сносом. Поэтому, пользуясь средними числами, можно получить лишь приближенные сроки продолжительности цикла в круговороте вещества.

Если смывается в течение года ~ 12 км³ твердого вещества, то это значит, что материки (объем 5,5 • 10⁹ км³) могут быть полностью смыты за ~ 450 млн. лет.

Если бы материки смывались и восходили равномерно по всей поверхности, то время пребывания вещества, поступающего в низы коры материков, до его выхода на поверхность было бы равно 450 млн. лет. Но так как в действительности смываются и, следовательно, воздымаются главным образом горные страны, на долю которых приходится только 30% общей площади суши, то скорость смыва и подъема и соответственно длительность пребывания вещества в составе коры в среднем равно 150 млн. лет.