История планеты Земля, формирования и изменения ее рельефа изучается несколькими самостоятельными науками: геоморфологией геотектоникой, геологией, и рядом других. В рамках конспекта одной единственной лекции, рассчитанной на 2—3 часа, вести подробное их изложение бессмысленно, поэтому мы выбрали наиболее наглядные и простые для понимания неспециалистов примеры и аналогии, отнюдь не претендуя при этом на научную строгость повествования.
Начнем с очень давнего периода, когда не было еще ни равнин, ни гор и, если следовать священному писанию, лишь дух Божий летал над водой. Впрочем, наука утверждает, что тогда и воды в жидком состоянии на Земле еще не было.
Примерно пять с половиной миллиардов лет назад, по одной из гипотез, из пылевидной туманности сформировалась. Солнечная система При сближении частиц энергия их движения переходила в тепловую, начинались ядерные реакции. Надо вспомнить, что в те далекие времена содержание изотопа урана-235, способного участвовать в цепной реакции, было значительно выше и поэтому ядерные реакции могли идти на необогащенном, природном уране. Вещество планет, таким образом, разогревалось и переходило в жидкое или полужидкое состояние. Можно предположить, что пять миллиардов лет назад Земля была жидким светящимся шаром. По другим гипотезам планеты сформировались холодными, а разогрев их шел изнутри. По этой гипотезе верхние слои вещества оставались твердыми.
Прогибание идет очень медленно по несколько сантиметров в год и продолжается тысячи и миллионы лет. Прогибы заполняются морской водой. В мелководных теплых морях активно размножаются живые организмы. Отмирая, они образуют своими скелетами и панцирями километровые толщи осадочных пород: известняков, мергелей и др. Но вот энергия сталкивающихся платформ исчерпана. Встречное движение прекращается, прекращается и прогибание земной коры. Наступает второй этап горообразования.
Под действием выталкивающей силы происходит медленное поднятие погруженных в мантию пород, смятие пластов и образование горных хребтов и межгорных впадин. Когда все силы уравновешиваются, горообразование прекращается и эпоха складчатости завершается. Район стабилизируется, превращаясь в молодую платформу (не путать с равниной!) (рис. 4).
Рис. 3. Столкновение платформ и прогибание земной коры на I этапе эпохи складчатости.
Затем, вернее одновременно, горы начинают разрушаться. Обломки пород переносятся водой к их подножью в межгорные впадины и краевые прогибы. Со временем (миллионы лет!) они могут совершенно исчезнуть под наносами, а последующие геологические процессы способны превратить их в гладкие равнины. Такие разрушенные горы прячутся, например, подстепными пространствами Крымского полуострова. Однако, жизнь складчатого пояса на этом не кончается. В его истории может наступить новый этап, способный уничтожить результаты прошедших эпох или дополнить уже существующие горы новыми, как это произошло на Кавказе, где хребты, расположенные севернее Главного Кавказского хребта, относятся к более ранней эпохе.
Рис. 4. Возникновение гор. II этап складчатости.
Возможны и другие механизмы горообразования. Например, из-за гидратации, разбухания горных пород, Заалайский хребет со скоростью около 2 сантиметров в год наступает на Алайскую долину, межгорную впадину, разделяющую Памир и Памироалай. По мере остывания Земли увеличивается толщина ее коры, а следовательно и объем горных пород. Земля как бы медленно разбухает, что естественно, приводит к геологическим катаклизмам. В некоторых местах континентальные плиты наезжают на океанические, в этих районах образуются глубоководные впадины и островные дуги. Так сформировался регион озера Байкал и Тихоокеанские впадины. Однако, нам для понимания сути дела достаточно рассматривать столкновения платформ. Еще раз подчеркнем, что реальные процессы в земной коре гораздо сложнее, а приведенная схема служит лишь грубой аналогией.
В пределах молодых платформ под воздействием все той же архимедовой силы могут произойти сдвиги отдельных блоков (рис. 5). что тоже приводит к образованию гор. Так, например, возник район пика Победы на Центральном Тянь-Шане.
Рис. 5. Сдвиг блоков земной коры (образование гор) в пределах молодой платформы.
Районы, где образование гор идет в наше время, находятся, в основном, в пределах Тихоокеанского пояса (кольца) на побережье вокруг Тихого океана. Не завершилось горообразование и в пределах Средиземноморского или Альпийского складчатого пояса. Продолжают развиваться Кавказ, Памир и Гималаи. Свидетельства тому последние землетрясения на севере Италии, в районе Белграда в сентябре 1996 года.
Основные интересы горных туристов и альпинистов сосредоточены на территории Альпийского и Урало-Монгольского складчатых поясов.
45. Тектоника плит.
ТЕКТОНИКА ПЛИТ, новая глобальная тектоника — геодинамическая теория, объясняющая движения, деформации и сейсмическую активность верхней оболочки Земли. Тектоника плит — современный вариант концепции мобилизма.
Основные положения тектоники плит сформулированы в 1967-68 группой американских геофизиков — У. Дж. Морганом, К. Ле Пишоном, Дж. Оливером, Дж. Айзексом, Л. Сайксом в развитие более ранних (1961-62) идей американских учёных Г. Хесса и Р. Дитца о расширении (спрединге) ложа океанов, предвосхищенных английскимгеологом А. Холмсом в 1931 и английским учёным О. Фишером в конце 19 в., а также немецким учёным А. Вегенером в его гипотезе дрейфа материков (1912). Основные положения тектоники плит сводятся к следующему. Литосфераподстилается менее вязкой астеносферой, которая устанавливается по данным сейсмических и магнитотеллурических исследований (снижение скорости распространения сейсмических волн и электрического сопротивления). Литосфера разделена на ограниченное число больших (7) и малых плит, границы которых проводятся по сгущению очагов землетрясений. К числу крупных плит принадлежат: Тихоокеанская, Евразиатская, Северо-Американская, Южно-Американская, Африканская, Индо-Австралийская, Антарктическая
Литосферные плиты, движущиеся по астеносфере, обладают жёсткостью и монолитностью; испытывают взаимные горизонтальные перемещения трёх типов: а) расхождение (дивергенцию) в осевых зонах срединно-океанических хребтов, б) схождение (конвергенцию) по периферии океанов, в глубоководных желобах, где океанские плиты пододвигаются под континентальные или островодужные, в) скольжение вдоль т.н. трансформных разломов.
Все эти типы смещений устанавливаются по сейсмическим данным (определение механизмов смещений в очагах землетрясений). Расширение — спрединг ложа океанов в связи с расхождением плит вдоль осей срединных хребтов и рождение новой океанской коры компенсируются её поглощением в зонах поддвига — субдукции океанской коры в глубоководных желобах, благодаря чему объём Земли остаётся постоянным. Движение плит по поверхности астеносферы подчиняется теореме Л. Эйлера, описывающей траектории взаимного перемещения сопряжённых точек на сфере как дуги окружностей, проведённых относительно некоторых полюсов вращения; последние расположены на пересечении поверхности Земли осью, проходящей через центр Земли. Причина перемещения литосферных плит — тепловая конвекция в мантии Земли. Эти положения в последующие два десятилетия прошли экспериментальную проверку в ходе начатого в 1968 глубоководного бурения с американского научно-исследовательского судна "Гломар Челленджер", подтвердившего образование океанов в процессе спрединга, в результате исследований рифтовых долин срединных хребтов, дна Красного моря и Аденского залива со спускаемых подводных аппаратов, также установивших реальность спрединга и существование пересекающих срединные хребты трансформныхразломов, и, наконец, в изучении современных движений плит различными методами космической геодезии (результаты носят предварительный характер). Вместе с тем выяснилась большая, чем предусматривалась исходной теорией, сложность процессов взаимных перемещений плит (спрединга, субдукции), существование внутриплитных деформаций и магматизма, не объясняемых этой теорией, расслоенности плит по вертикали с дифференциальными смещениями слоев, неясность характера конвекции в мантии и др. Некоторые полагают, что астеносфера не имеет сплошного распространения; по сейсмического данным выяснено существование астеносферных слоев внутри литосферы. Не получило объяснения в тектоники плит периодическое изменение интенсивности тектонических движений и деформаций, существование устойчивой глобальной сети глубоких разломов и некоторые др.