CC BY
3Историческая геология
УДК 551.24.01
Т Л. ТЕСЛЕНКО
ИСТОРИЯ ФОРМИРОВАНИЯ КОНЦЕПЦИИ МОБИЛИЗМА
Мобилизмдгк концепцияны дамытудыц негiзгi Kese^epi аталган. Тектоникалыц тацталар теоржсыныц заманауи куйте эсер еткен жумыстарга аналитикалц шолу жасалган. dpi царай зерттеу жолдары белгыен-
Выделены основные этапы развития мобилистской концепции. Выполнен аналитический обзор работ, повлиявших на современное состояние теории тектоники плит. Намечены пути дальнейших исследований.
Principal stages of mobilist conception development were singled out. An analytical selection of works affected the modern plate tectonics theory was performed. The ways of further investigations were outlined.
Условно развитие теории тектоники плит можно разделить на четыре этапа: 1 - накопление фактических данных (конец XIX в. - 1940 г. ХХ в.); 2 - появление идей, объясняющих сущность наблюдаемых процессов и явлений (19491968 гг.); 3 — разработка концепции теории тектоники плит, объясняющей формирование литосферы и полезных ископаемых (1972-1983 гг.);
4 - внедрение новых теорий в практику (конец ХХ в. - начало XXI в.).
Становление и развитие теории тектоники плит связано с именами выдающихся исследователей: О. Фишера (1889), А. Вегенера (1912), А. Холмса и А. Д. Тойта (1949); R. S. Dietz, H. H. Hess, F. J. Vine, D. H. Matthews, J. T. Wilson, E. C. Bullard, W. J. Morgan и др. (19491968 гг.) [1-9] и др., В. Е. Хаина, А. С. Монина, О. Г. Сорохтина, С. А. Ушакова, Л. И. Лобковского, А. П. Лисицына, А. А. Ковалева и др.
Рассмотрим в хронологической последовательности становление и эволюцию взглядов основоположников тектоники плит, а также особенности практического применения новой теории для поисков и прогноза месторождений полезных ископаемых.
О. Фишер в 1889 г. в труде «Физика земной коры» исходя из идеи об изостатическом равновесии материков впервые определил мощность континентальной коры - около 40 км. Им была создана первая геодинамическая модель развития Земли: образование океанической коры в
зонах растяжения и затягивание океанической коры под окраины континентов и островов, подчеркивалась связь этих зон с землетрясениями. По его мнению, движущим механизмом, перемещающим блоки земной коры, являлись конвективные течения магмы в подкоровом слое.
Комментарий. Первая геодинамическая модель формирования земной коры. Но как показали современные исследования, мантия не может быть магматическим расплавом.
Через 23 года после идеи О. Фишера А. Ве-генером в 1912 г. была выдвинута гипотеза дрейфа континентов. Основанием для выдвижения гипотезы послужили следующие факты: сходство геологического строения, фауны и флоры материков гондванской группы; доказательство различного состава коры океанов и континентов; палеореконструкции Гондваны и Пангеи на основании данных о позднепалео-зойском оледенении.
Комментарий. Как известно, одним из наглядных примеров, подтверждающих гипотезу А. Вегенера о существовании в геологическом прошлом единого суперконтинента, является сходство очертаний береговой линии атлантического побережья Европы и Северной Америки, Африки и Южной Америки. Именно этот факт и явился основой для выяснения причин, способствовавших разрушению Пангеи и последующему дрейфу вновь образованных континентальных
глыб. Предполагалось, что мантия - огненно-жидкий расплав, на поверхности которого плавали континенты. Однако, как показали современные расчеты, выполненные О. Г. Сорохти-ным, Л. И. Лобковским и др., мантия - вязко-пластичное, но не жидкое вещество.
А. Холмсом в 1949 г. объяснен механизм движения континентов под влиянием конвекционных потоков в недрах Земли. Разогрев недр, по его мнению, происходит благодаря распаду радиоактивных элементов, а движение литосферы представляется в виде транспортерной ленты.
Комментарий. Холмс объяснил механизм движения континентов мантийной конвекцией. По современным представлениям, для того чтобы довести мантию до расплавления, необходимо наличие высоких концентраций радиоактивных элементов, а радиоактивное вещество в конвек- тирующей мантии не может быть сосредоточено в одном месте.
Для доказательства дрейфа континентов в прошлые геологические эпохи П. Н. Кропоткиным (1958) впервые использованы палеомаг-нитные и геологические данные.
Изучение палеомагнетизма [10] пород позволило получить новые доказательства дрейфа континентов для мезозой-кайнозойского времени. Большинство имеющихся реконструкций заключается в воссоздании Пангеи. Глобальных реконструкций для раннего и среднего палеозоя сравнительно немного [11].
Комментарий. Методика, используемая для доказательства дрейфа континентов по палео-маг- нитным данным, не верна. Схемы, основанные на палеомагнитных данных, дают удовлетворительные реконструкции для перми и карбона, а палеомагнитные исследования разных авторов существенно отличаются друг от друга и в ряде случаев являются дискуссионными. Существенным является вопрос о знаке палеомагнитного полюса: определение полярности по палеомаг- нитным данным становится неоднозначным в том случае, если в кривой дрейфа полюсов имеются значительные перерывы. Довольно часто знак полюса определяется косвенно на основе сопоставления с геологическими и палеоклиматичес- кими реконструкциями. Главным при использовании геологических и палеоклиматических данных является метод актуализма.
Методика по изучению палеомагнитных свойств может быть использована для решения
задач по перемещению составных частей конти нентов - различных структурных элементов, сформированных в определенных геодинами-чес- ких обстановках.
Г. Хесс и Р. Дитц (1962), проведя исследования океанического дна, подтвердили идею О. Фишера об образовании океанической коры в срединно-океанических хребтах, возрасте и расширении океанического дна, погружении океанической коры в зоны глубоководных желобов.
Ф. Вайн и Д. Мэтьюз (1963) полагали, что полосчатые магнитные аномалии на океаническом дне - «запись» инверсий магнитного поля Земли в базальтах расширяющегося океанического дна [12].
Комментарий. Изучение палеомагнетизма на океаническом дне позволило доказать движение коры для мезозой-кайнозоя. Но методика использования магнитных свойств пород, слагающих континентальный выступ, для восстановления истории формирования коры еще не была разработана.
Дж. Уилсон (1965) впервые обратил внимание на то, что литосферная оболочка Земли состоит из плит. Границы плит: рифтовые зоны, зоны поддвига плит, трансформные разломы. Трансформные разломы возникают при развитии в коре сдвиговых напряжений. Выделены трансформные разломы и перемещение по ним блоков земной коры относительно друг друга с различной скоростью.
Комментарий. Не объясняются причины различных скоростей по трансформным разломам.
Е. Буллард (1965) использовал теорему Эйлера для реконструкции положения дрейфующих континентов в предыдущие геологические эпохи.
Хейрцлером и др. (1968) теоретически рассчитан возраст океанического дна; возраст океанического дна увеличивается с удалением от срединно-океанических хребтов, возраст самой древней коры позднемезозойский.
B. Морган и Кс. Ле Пишон (1968) рассчитали параметры движения крупных литосфер-ных плит.
Б. Айзекс, Дж. Оливер и Л. Сайкс (1968)
доказали, что сейсмичность Земли определяется движениями литосферных плит по ее поверхности.
C. А. Ушаков (1968) нарушения изостазии в районах островных дуг объяснял динамическим
эффектом поддвига океанических плит под островные дуги.
Комментарий. Изостазия - явление, при котором избыток или недостаток масс на поверхности земли компенсируется обратным по знаку перераспределением масс в ее недрах, а внешние оболочки Земли реагируют на приложенную к ним или снятую с них поверхностную нагрузку соответствующими вертикальными движениями. Об изостазии впервые заговорили в XVIII в. при попытке определить форму Земли с помощью геодезических и гравиметрических исследований. Принцип изостазии постулирует в недрах Земли наличие некоей поверхности, на которой давление вышележащих масс (а они для различных районов разные) всюду одинаково. Дж. Эри и В. Пратт считали, что весь верхний слой Земли плавает на более плотном подстилающем субстрате, находясь в состоянии архимедова равновесия. Но, во-первых, закон Архимеда не распространяется на твердые тела, а, во- вторых, кора не может прогибаться, поскольку в мантии существует петродинамиче-ское давление, которое возникает под влиянием химико-плотностной конвекции. Кроме того, факт наличия астеносферы под земной корой повсеместно не подтверждается.
А. А. Ковалев (1972) один из первых в СССР обратил внимание на связь между геодинамикой и формированием полезных ископаемых. Предложена классификация и металлоге-нический анализ основных структурных элементов земной коры по условиям ее образования, разрабатываются методики поисков и разведки МПИ [13,14 и др.].
А. Миясиро, С. Уеда (1972) изучали условия образования и проявления регионального метаморфизма пород и осадков в зонах поддвига плит, а также механизм погружения океанической литосферной плиты в мантию в зонах суб-дукции.
А. Митчелл и Г. Ридинг (1973) предположили, что островодужные структуры формируются в результате прерывистого поглощения литосферы в районах глубоководных желобов. Ими разработана модель островной дуги и выделены стадии эволюции островных дуг. Впервые определены характерные для островных дуг комплексы вулканических, вулкано-плутонических и метаморфических пород. Комментарий. Конвектирующая мантия не может создавать прерывистого поглощения литосферы.
А. В. Дмитриев (1973) изучил геохимию и петрологию коренных пород срединных океанических хребтов.
Дж. Дьюи и Дж. Берд (1974) считали, что орогенические пояса являются результатом тангенциальных движений литосферных плит, до-орогеническое накопление осадков происходило в океанах и на окраинах континентов. Ими рассмотрены фазы эволюции океанов, континентальных окраин и орогенов. Выделены стадии развития, даны модели эволюции окраин континентов атлантического типа, горных поясов кордильерского типа и возникающих при столкновении островной дуги и континента (новогвинейский тип) и двух континентов (гималайский тип).
О. Г. Сорохтин (1974) разработал механизм образования океанических литосферных плит, происхождения срединно-океанических хребтов и возможные механизмы образования региональных надвигов. У. Диккинсон (1974) выполнил анализ обстановки схождения лито-сферных плит; выделил четыре возможных типа их столкновения.
О. Г. Сорохтин, С. А. Ушаков, А. С. Монин (1974-1983) определили природу конвекции и основные источники ее энергии, исследовали механизм химико-плотностной дифференциации земного вещества в гравитационном поле Земли; установили, что химико-плотностная, гравитационная конвекции является причиной дрейфа литосферных плит. Ими определены скорость образования ядра, конвективного мас-сообмена в мантии, средний уровень тектонической активности Земли; выяснены основные закономерности эволюции Земли.
О. Г. Сорохтин, Л. И. Лобковский (1976) предложили и обосновали современные модели строения океанической литосферы, теоретически обосновали механизм поддвига литосфер-ных плит и предсказали явление затягивания осадков в зоны поддвига плит [15 и др.].
С. Уеда (1980) полагал, что с удалением от зоны спрединга возраст океанических лито-сферных плит становится более древним [16]. Таким образом, у пассивной окраины континента возраст пород, слагающих кору океанической литосферной плиты, соответствует времени начала формирования литосферной плиты в СОХ.
А. П. Лисицын, Ю. А. Богданов, Е. Г. Гур-вич (1989,1990,1993) изучали гидротермальные образования рифтовых зон океана.
И. Лобковский (1988) установил комплексные геодинамические модели процессов спрединга и субдукции; им выдвинута и обоснована концепция двухъярусной тектоники плит [17].
A. В. Авдеев, А. А. Ковалев (1989) проанализировали геологическую позицию офио-литовых зон Северного, Срединного и Южного Тянь-Шаня, предложили схему тектонического районирования и модель эволюции литосферы Киргизии.
Шенгер и др. (1993-1999) предложил фундаментальную концепцию тектонической эволюции литосферы для Казахстана и сопредельных территорий [18].
Комментарий. Впервые проводится анализ причин мозаичного строения земной коры Азии и предложена модель ее возникновения.
Г. С. Гусев, В. В. Зайков, Е. В. Зайкова, А. А. Ковалев, Е. И. Леоненко и др. (1995) охарактеризовали типовые месторождения полезных ископаемых эталонных современных и па-леогеодинамических обстановок. Предложили новые модели формирования вольфрамовых месторождений. Выполнили типизацию месторождений на геодинамической основе и условия их формирования. Разработали методы прогноза месторождений полезных ископаемых с позиций теории тектоники литосферных плит.
Г. Ж. Жолтаев (1996-2003) разработал геодинамические модели эволюции и строения юга Евразийской плиты для конца палеозоя, а также модель геодинамической эволюции Большого Каспия, что позволило понять условия нефтега-зообразования и закономерности размещения углеводородов [19 и др.]
B. Е. Хаин (2001) определил основные черты строения и тектонического развития главных структурных элементов земной коры - континентов и океанов.
В 2002 г. Международным коллективом авторов составлен атлас литолого-палеогеографи-ческих палинспастических и геоэкологических карт Центральной Евразии.
Комментарий. Для построения палеогеографических карт использованы данные по палео-магнитным исследованиям. Предполагается, что формирование континентальной коры Казахстана началось в архее, происходило прерывисто за счет коллажа террейнов и завершилось в среднем девоне.
А. Л. Перчук (2004) изучил условия образования и эксгумации метаморфических горных пород из зоны субдукции [20].
Анализируя с позиций теории тектоники ли-тосферных плит ранее полученные геологические материалы, некоторые ученые пришли к важному выводу об ошибочных определениях возраста пород. Идея «антиодревнения», высказанная Л. И. Боровиковым [21 и др.] и А. А. Ковалевым [22 и др.], проверялась на Киргизском геодинамическом полигоне, где было установлено, что многие метаморфические породы по комплексам океанической коры неправильно относились к докембрию. На основании геодинами- ческого анализа в работе [23] сделан вывод о том, что все породы «докембрийских» серий и свит в Кокшетауской провинции являются метаморфи- зованными породами 1 и 2 слоев океанической коры. В Шу-Илейском рудном поясе Казахстана к образованиям протерозойского, а иногда и архейского возраста ранее относили многие толщи гнейсов и кристаллических сланцев, образованные по вулканитам и глубоководным пелагическим осадочным толщам (слои 1 и 2) океанической коры. Анализ тектонической структуры и условий регионального метаморфизма показал, что эти породы образованы в процессе скучива- ния пластин океанической коры венд-кембрий- ского и, возможно, ордовикского возраста.
В середине 70-х годов XX в. О. Г. Сорохти-ным, С. А. Ушаковым, А. С. Мониным объяснена природа глобальных процессов, управляющих тектонической активностью Земли. Но хорошо доказываемая геологическими данными новая теория столкнулась с затруднениями в объяснении процессов и явлений при описании региональных горизонтальных движений земной коры. В конце 80-х годов XX в. Л. И. Лоб-ковским [20] разработана концепция двухъярусной тектоники плит. Новая концепция дополнила теорию тектоники литосферных плит и объяснила многие явления законами механики. Она позволила понять, что глобальные горизонтальные движения литосферных плит происходят под влиянием мантийных конвективных потоков - это нижний литосферный ярус системы, а на проявление региональных тектонических процессов оказывает влияние верхний ярус - корово-плитный.
Развитие теории тектоники плит повлияло на ряд открытий,
География жэне геоэкология мэселелер1 связанных с процессом формирования месторождений полезных ископаемых: открытие и изучение рециклинговых гидротермальных систем в современных срединно-океа-нических хребтах и в задуговых бассейнах явилось толчком для дальнейшего развития метал-логенических исследований.
Итак, на основании изложенного можно сделать следующие выводы:
1. Тектоника плит интенсивно развивалась за рубежом, основоположниками и теоретиками являлись иностранные специалисты.
2. На первом этапе была высказана идея о мобильности континентов, но не было ответа на вопрос о причинах, вызвавших их движение.
3. Появление новых фактов способствовало развитию гипотез, объясняющих причины образования и движения литосферных плит, палеомагнетизм, сейсмичность.
4. Концепция двухъярусной тектоники плит, дополняя теорию тектоники литосферных плит, позволяет понять, что глобальные горизонтальные движения литосферных плит происходят под влиянием мантийных конвективных потоков, а на проявление региональных тектонических процессов оказывает влияние верхний ярус - коровоплитный.
5. Вопросы, касающиеся создания палеотек-тонических реконструкций расположения континентов, возраста метаморфических пород, условий формирования месторождений полезных ископаемых и др., требуют проведения тщательного геодинамического анализа условий формирования земной коры.
ЛИТЕРАТУРА
1. Hess H.H. History of ocean basins //Petrologic Studiens. A volume to honor A. F. Buddington // Geol. Soc. Am. 1962. P. 599-620.
2. Dietz R.S. Continent and ocean basin evolution by spreading of the sea floor // Nature. 1961. V. 190, N 4779. P. 854-857.
3. Wilson J.T. Hypothesis of Earth behavior // Nature. 1963. V. 198. P. 925-929.
4. Wilson J.T. A new class of faults and their bearding on continental drift // Nature. 1965. V. 207, N 4995. P. 343-347.
5. Bullard E.C., Everett J.E., Smith A.G. The fit of continents around Atlantic // A symposium on continental drift, Phil. Trans. Roy. Soc. 1965. V. 258A. P. 41-51.
6. Heirtzler J., Grassle J. Deep-sea research by manned submersibles // Science. 1976. V. 194, N 262. P. 294-299.
7. Morgan W.J. Rises, trenches, great faults and crus-tal blocks // J. Geophys. Res. 1968.V. 73, N 6. P. 1959-
Вопросы географии и геоэкологии
1982.
8. Le Pichon X. Sea-floor spreading and continental drift // J. Geophys. Res. 1968. V. 73, N 12. P. 36613697.
9. Isaks B., Oliver J., Sykes L.R. Seismology and the new global tectonics // J. Geophys. Res. 1968. V. 73, N 18. P. 5856-5859.
10. Кропоткин П.Н. Значение палеомагнетизма для стратиграфии и геотектоники // Бюл. МОИП. Отд. геол. 1958. Т. 38, № 4. С. 57-86.
11. Палеомагнетизм палеозоя. Реконструкции положения материков в фанерозое (по палеомагнит-ным и геологическим данным): Труды ВНИГРИ. 1974. Вып. 335. 235 с.
12. Vine F.J., Matthews D.H. Magnetic anomalies over oceanic ridges // Nature. 1963. V. 199, N 4897. P. 947-949.
13. Ковалев А.А. Тектоника плит и некоторые аспекты металлогенического анализа // Геология рудных месторождений. 1972. № 5. С. 90-96.
14. Ковалев А.А. Мобилизм и поисковые критерии. М.: Недра, 1985. 223 с.
15. Сорохтин О.Г., Лобковский Л.И. Механизм затягивания океанических осадков в зону поддвига литосферных плит // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1976. № 5. С. 3-10.
16. Уеда С. Новый взгляд на Землю. М.: Мир, 1980.
17. Лобковский Л.И. Геодинамика реологически стратифицированной и тектонически расслоенной литосферы и концепция двухъярусной тектоники плит // Тектоническая расслоенность литосферы и региональные геологические исследования. М.: Наука, 1990. С. 27-42.
18. §engor А.М.С., Natal'in B.A. Paleotectonics of Asia: fragments of a synthesis in Tectonic Evolution of Asia, eds. An Yin and Mark Harrison, Cambridge University Press, 1996. P. 486-640.
19. Жолтаев Г.Ж. Геодинамическая модель Прикаспийской синеклизы в палеозое // Геология Казахстана. 1996. № 5. С. 41-53.
20. Перчук А.Л. Петрология и минеральная хронометрия коровых эклогитов: Автореф. дис. ... д. г.-м. н. М., 2004.
21. Боровиков Л.И., Малов В.Д., Пупышев Н.А., Яговкин В.И. Стратиграфия докембрийских образований Восточного Казахстана и проблемы ее изучения // Стратиграфическое совещание по допалеозою и палеозою Казахстана: Тез. докл. Алма-Ата, 1971. С. 19.
22. Ковалев А.А., Леоненко Е.И., Ушаков С.А. Об ошибочных датировках возраста метаморфитов, образованных по породам океанической коры // Жизнь Земли (геодинамика и минеральные ресурсы). М.: МГУ, 1988. С. 85-87.
23. Ковалев А.А. Перспективы сырьевой базы вольфрама и олова Кокчетавской рудной провинции. М.: Изд-во МГУ, 2005.
