Рис. 69. Однородное распределение растяжения в коре.
Одним из критических замечаний Вегенера по поводу контракционной теории было то, что если бы цепи складок в земной коре были обусловлены сжатием глубинных частей Земли при остывании, то схема распределения складок была бы однородной, как при сморщивании усыхающего яблока. Но на самом деле это не так. В противоположном смысле тот же аргумент можно применить к глобальной схеме расположения на Земле структур растяжения, возникших как реакция хрупкой коры на расширение недр планеты (рис. 69). Действительно, глобальная схема расположения структур расширения Земли должна быть однородной.
Рис. 69. Однородное распределение растяжения в коре.
Поверхность Земли содержит восемь континентальных полигонов по нескольку тысяч километров в поперечнике, которые соприкасаются друг с другом вдоль тектонически активных зон (рис. 20). В теории тектоники плит эти полигоны называются плитами и имеют толщину около 100 км. Я полагаю, что это многоугольные призмы, протягивающиеся вниз на всю мощность мантии, т.е. до глубины около 3000 км. Я спрашиваю: что представляет собой первичная неоднородность Земли? Несомненно, жидкое ядро с радиусом почти в половину земного, перекрытое кристаллической мантией. И, конечно, следует ожидать, что эта главнейшая неоднородность должна наиболее отчетливо проявляться на поверхности. Это в действительности и имеет место.
Первичные полигоны мощностью 3000 км, как уже говорилось, достигают в поперечнике нескольких тысяч километров.
Если бы мощность кристаллической мантии была равна только 1000 км, мы должны были бы ожидать, что на поверхности проявляется примерно двадцать первичных полигональных призм. Обратите внимание на рис. 20, что каждый первичный полигон (в том числе сформировавшийся более 100 млн. лет назад полигон Эопацифика, иногда называемый «плитой Дарвина», которая проявляла себя как континент) состоит из материка, окруженного нарастившей его океанической корой, которая добавилась к нему в основном за последние 100 млн. лет. Если эту новую, приращенную кору удалить, полигоны уменьшатся до половины своего размера. Это заставляет предположить, что первоначально кристаллическая мантия имела мощность лишь около 1500 км, что согласуется с величиной расширения, найденной по другим данным.
Далее я задаюсь вопросом: что представляет собой неоднородность Земли второго ранга? — Конечно, астеносфера, более слабая и легче поддающаяся воздействию тектонических процессов зона, которая отделяет примерно 100 км более прочной литосферы, лежащей выше, от находящейся на бóльших глубинах мантии. Несомненно, мы могли бы ожидать, что присутствие этой неоднородности также должно проявляться на поверхности как следующая самая заметная особенность после первичных полигонов, и это, конечно, действительно так (рис. 70). Первичные полигоны состоят из многоугольных в плане впадин второго порядка и разделяющих их валробраз- ных поднятий. Какой-то критик однажды возразил, что такие впадины и поднятия ограничены пределами материков. Так ли это? На рис. 71 показано, что этот структурный рисунок распространяется на континентальную и океаническую литосферу по всей поверхности Земли без какого-либо заметного различия между материками и океанами.
Рис. 70. Впадины и поднятия Африки (по А.Холмсу).
Рис. 71. Распределение впадин и поднятий второго порядка на континентальной и океанической коре одинаково.
Если посмотреть на всю Землю в целом, несомненно, самая большая доля идущего из глубин Земли тепла, поднимаясь разными путями от ядра, выделяется в активно разрастающихся хребтах, разделяющих первичные полигоны. С удалением от расширяющихся хребтов величина теплового потока уменьшается. Точно так же и в полигонах второго порядка: выше всего тепловой поток вдоль валообразных поднятий. В самом деле, именно поэтому они и являются поднятиями. Большая часть минеральных субстанций существует в разных формах в соответствии с температурой и давлением. Так, кремнезем присутствует в виде кварца в условиях малых глубин, в форме более плотного коэсита на большей глубине и в форме еще более плотного стишовита на еще больших глубинах. Углерод кристаллизуется в виде графита у поверхности и в виде более плотного алмаза при высоком давлении. Порода, называемая габбро, на умеренных глубинах состоящая из полевого шпата и авгита, изменяется до гораздо более плотной смеси граната и жадеита, известной под названием эклогит. По сравнению с давлением температура дает противоположный эффект. Так, ,если в двух местах на глубине имеются породы одинакового состава, но в одном месте температура выше, чем в другом, то глубина, на которой происходит каждое изменение плотности, будет больше на том участке, где температура выше, и это означает, что оно испытывает воздымание подобно поднимающемуся тесту. Таким образом, поднятия постепенно растут, поскольку температура под ними выше, а дно впадин по-прежнему остается низким, так как температура под ним ниже (рис. 72).
Рис. 72. Схема расположения раннепротерозойских пассивных впадин, обрамленных активными диапировыми поднятиями, которые могут развиться в рифты, рассекающие кору, а затем в орогены.
Больше всего землетрясений происходит, несомненно, на границах первичных полигонов. Но вилообразные поднятия второго порядка тоже сейсмически активны, что можно обнаружить, если нанести на карту эпицентры тысяч очень слабых землетрясений. B некоторых случаях разломы, связанные с поднятиями, развиваются в крупные рифтовые долины, подобные рифтам, которые обрамляют впадину озера Виктория в Африке.
По мере того как Земля расширяется, первое приспособление к уменьшающейся кривизне поверхности происходит в основных испытывающих спрединг хребтах, но если бы этим дело ограничивалось, то кривизна внутри первичных полигонов осталась бы слишком большой. Литосфера недостаточно прочна, чтобы в ней могло сохраняться крупное нарушение изостатического равновесия, поэтому поверхность первичных полигонов приспосабливается к средней величине новой кривизны за счет сети разломов, размеры которой определяются толщиной коры до астеносферы. Этот механизм лежит в основе образования впадин и поднятий второго порядка. Но даже в этом случае несбалансированная нагрузка на породы должна все еще превышать их прочность, и поэтому приспосабливание продолжается на более низких уровнях иерархии растяжения — третьего, четвертого порядка и т. д.
Рис. 73. Наклонные блоки в центральной части о.Хонсю (по Миябэ, 1931).
В иерархии структур растяжения коры имеются полигоны третьего и четвертого порядков. 1 — Разломы, ограничивающие полигоны 3-го порядка; 2 — разломы, ограничивающие полигоны 4-го порядка; 3 — векторы наклона.
На рис. 73 жирными линиями очерчены полигоны, достигающие в поперечнике нескольких десятков километров. Как обнаружили японские исследователи, они колеблются независимо один от другого во время землетрясений, и в пределах этих полигонов локализованы слабые землетрясения. Внутри них имеются полигоны еще более высокого порядка, приблизительно по 5 км в поперечнике, которые испытывают наклоны независимо друг от друга и имеют еще более низкий уровень сейсмичности. Эта иерархия опускается до крупных трещин, разделенных расстоянием в несколько сотен метров, а внутри разделяемых ими блоков в свою очередь имеются системы трещин, нарушающие все породы; эти трещины обеспечивают конечную реакцию на изменяющуюся кривизну земной поверхности и на любые другие напряжения, которые может испытывать литосфера. Во всех регионах земной поверхности (за исключением областей развития наиболее молодых осадков, еще способных течь, а не раскалываться) возникают две системы трещин, располагающиеся почти под прямым углом друг к другу, причем их пересечения ориентированы примерно вертикально. Это эпейрогенические трещины, которые вызываются уменьшающейся кривизной земной поверхности.
Согласно теории тектоники плит, континентальные блоки представляют собой «плиты», довольно тонкие (мощностью около 100 км) по сравнению с размерами их поверхности; эти плиты перемещаются в горизонтальном направлении на большие расстояния относительно друг друга, будучи сорваны с подстилающей мантии и скользя по ней. В отличие от этого в теории расширения Земли материковые блоки рассматриваются как многогранные призмы мощностью около 3000 км, причем их толщина почти равна ширине, и предполагается, что материки покоятся на тех же участках мантии, на каких они располагались первоначально; их отделение друг от друга обусловлено ростом новой океанической коры между ними по мере расширения Земли.
Рис, 74. «Первичный» глобус Фогеля внутри прозрачного глобуса, соответствующего современной Земле. Показано, что современное разобщение материков обусловлено главным образом нх перемещением в радиальном направлении от центра Земли по мере ее расширения. Сравните это с компьютерной реконструкцией Перри, приведенной на рис. 76.
Клаус Фогель, инженер из Германской Демократической Республики, — один из тех ученых, кто подогнал все материки друг к другу на глобусе, почти вдвое меньшем по размеру, чем нормальный глобус, материки на котором изображены в таком же масштабе, и предположил, что континентальная кора сначала покрывала всю Землю, но была расколота и разошлась в стороны по мере того, как Земля расширилась до своего нынешнего объема. Но Фогель сделал еще один шаг. Он поместил свой реконструированный глобус, изображающий Землю до ее расширения, внутрь прозрачного внешнего глобуса, чтобы в одной модели показать соотношение первоначальной и современной Земли (рис. 74, 75). Фогель обнаружил то, что д-ра Шмидт и Эмблтон установили значительно позже: разделение материков происходило, когда в процессе расширения Земли они двигались радиально, отходя в разные стороны друг от друга.
Рис. 75. Фогель (справа) показывает свою модель «глобус в глобусе» автору этой книги (Вердау, ГДР, январь 1976г.).
П.В.Шмидт и Б.Дж.Эмблтон, два австралийских палеомагнитолога, исследовали «пути миграции полюсов» на различных материках в течение протерозойского зона. Поворачивая материки (вместе с установленными на них траекториями перемещения полюсов) до тех пор, пока эти кривые не совпадут, они надеялись определить взаимное расположение материков на протяжении этого периода времени. К своему удивлению (а они верили в тектонику плит), они обнаружили, что пути миграции полюсов для Северной Америки, Гренландии, Африки и Австралии совпали (в пределах погрешности этого метода) тогда, когда эти материки заняли их современную позицию на глобусе, где они разделены большими расстояниями! Это заставило предположить, что угловое расположение материков относительно центра Земли в настоящее время примерно такое же, какое они занимали больше миллиарда лет назад, и что их разобщение на современной поверхности Земли обусловлено радиальным перемещением материковых блоков от центра Земли по мере ее расширения. Шмидт и Эмблтон сообщили об этом неожиданном результате в статье «Геотектонический парадокс: расширилась ли Земля?», опубликованной в «Journal of Geophysics» в 1981 г.
Рис. 76. Выполненная К. Перри компьютерная реконструкция раскрытия Атлантического океана. Изображенную на рис. 74 модель Фогель сделал у себя дома в Вердау. Эту модель Перри построил у себя дома в Вайоминге, введя в программу для своего компьютера радиальное перемещение материков от центра Земли, начиная от их положения в Пангее. Внутренний глобус Перри уже был расширен на 25%. На глобусе справа показаны полосы роста и современный испытывающий спрединг океанический хребет, воссозданные с помощью компьютерных расчетов.
Именно в этом, несомненно, заключается смысл проведенного д-ром Паркинсоном анализа данных НАСА (с. 192—193) об увеличении длины хорды между Европой и Северной Америкой и между Австралией и Южной Америкой. Эти явления полностью объясняются удлинением радиуса Земли, происходящим со скоростью 2,4±0,8 см/год, установленной по увеличению хорды между Австралией и Северной Америкой без какого бы то ни было движения «плит».
Доктор Кен Перри из Вайоминга с геометрической точностью продемонстрировал то, что Фогель обнаружил с помощью своих глобусов. Он составил программу на основе матричной алгебры и скрытолинейного алгоритма, согласно которой материки могли перемещаться радиально от центра Земли, используя один центр подобия и один полюс вращения, и изобразил последовательные стадии расположения материков на различных проекциях (рис. 76). Программа Перри с успехом воспроизвела последовательные положения разрастающихся океанических хребтов, зон разломов и полосовых магнитных аномалий, и по этим данным он рассчитал величину радиального расширения, соответствующую каждой аномалии. Кроме того, Перри показал с помощью прямого расчета, что эта геометрическая модель совместима только с радиально расширяющейся Землей.
Одним из сюрпризов начала 1960-х годов было то, что величина теплового потока на материках оказалась статистически точно такой же, как и величина теплового потока, проходящего через дно океанов. Доктор В.В.Белоусов из АН СССР и д-р Уве Вальцер из Академии наук ГДР независимо друг от друга отметили, что это общее равенство теплового потока на материках и в океанах противоречит тектонике плит. Известно, что генерация радиогенного тепла в континентальной коре на порядок больше, чем в океанической коре. Если бы континентальная литосфера двигалась над пассивной мантией по пластичной астеносфере, то тепловыделение из-под астеносферных зон Земли было бы в общем повсеместно равномерным и поэтому тепловой поток на материках был бы значительно выше, чем в океанах. С другой стороны, если бы радиогенные элементы поступали в материковую кору за счет дифференциации вещества мантии, фиксированного под ней, то суммарный тепловой поток был бы повсюду более или менее постоянным независимо от степени дифференциации. Более поздние исследования усилили этот парадокс, так как средний тепловой поток по новейшим данным оказался равным на материках и в океанах соответственно 60 и 91 мВт/м2. Эта разница предсказывается моделью расширения Земли, поскольку, согласно этой модели, большая часть океанической коры за последние 100 млн. лет поднялась примерно на 30 км, принеся с собой более высокие температуры. Это избыточное тепло радиоактивных элементов с большим периодом полураспада все еще рассеивается с экспоненциально уменьшающейся скоростью и повышает нормальный тепловой поток.
Два сейсмолога из Гарварда Адам Дзевонски и Джон Вудхаус недавно исследовали, как передаются колебания сильных землетрясений, каждое из которых было зарегистрировано на тридцати или более сейсмических станциях, с тем чтобы выяснить распределение температур ниже поверхности Земли. Они построили глобальные карты температур на глубинах приблизительно 100 и 340 км. Не удивительно, что аномально высокие температуры, как оказалось, распространяются вниз под раздвигающимися океаническими хребтами, кора которых образовалась за последние 100 млн. лет. Но они не ожидали, что аномально пониженные температуры под материковыми ядрами также сохранятся далеко в глубь Земли, как это видно на картах, построенных для глубин 100 и 340 км и даже на еще больших глубинах — более 500 км. Это именно то, что предсказывает теория расширения Земли. Но такие факты совершенно противоречат тектонике плит, для которой необходимы отрыв литосферных «плит» от мантии и их свободное относительное перемещение на большие расстояния по астеносфере. Даже более древние части дна Тихого океана (сформировавшаяся более 100 млн. лет назад «плита Дарвина», которая с тех пор ведет себя как континент) остаются прикрепленными к подстилающей их мантии. Доктор Вудхаус отметил: «Это все еще представляет большую трудность. Теперь об этом надо подумать». Но эта «большая трудность» существует только для тектоники плит.
П.Д.Лоумен-мл. из Годдардовского центра космических полетов подтвердил эти данные и указал на механические препятствия перемещению континентов относительно подстилающей их мантии:
«Проведенные недавно исследования выявили три проблемы, связанные с концепцией континентального дрейфа, как дополнительное следствие движения плит: 1) сила субдукционного затягивания не может тащить плиты, передними краями которых являются континенты, 2) под щитами отсутствует зона пониженных скоростей и 3) материки имеют корни до глубин 400—700 км. Эти проблемы означают, что если дрейф континентов происходит, он должен осуществляться посредством механизмов, которые нам пока не ясны, или что он вовсе не происходит, и в этом случае движение плит ограничивается океанскими впадинами».
Лоумен прав, перемещение действительно ограничено океанскими впадинами на расширяющейся Земле, в которых выдвигается новая кора, тогда как относительно отодвигающиеся друг от друга континенты пассивно покоятся на собственной мантии, как это показано в модели Фогеля (рис. 74) и компьютерной реконструкции Перри (рис. 76). В ретроспективе это доказывает правильность интуитивной догадки Джеффриса о том, что горизонтальное скольжение плит физически невозможно; но его ошибка заключалась в том, что он не осознал расширения Земли.
Глобусы Фогеля, геометрический анализ Перри, пути миграции полюсов Шмидта и Эмблтона, однородность теплового потока на материках и в океанах и распределение температур в глубоких зонах Земли, установленное Дзевонски и Вудхаусом по сейсмическим данным, — пять совершенно независимых методических подходов. И все они указывают на то, что разобщение континентов было вызвано радиальным перемещением континентальных блоков от центра Земли в процессе расширения.
