К статье МАТЕРИК
Слово "континент" произошло от латинского continens (continere - держаться вместе), что подразумевает структурное единство, хотя и не обязательно применительно к суше. С развитием теории тектоники литосферных плит в геологии возникло геофизическое определение континентальных плит в отличие от океанических. Эти структурные единицы имеют совершенно разное строение, мощность и историю развития. Континентальная кора, состоящая из пород, в состав которых входят преимущественно кремний (Si) и алюминий (Al), легче и гораздо древнее (некоторые участки имеют возраст более 4 млрд. лет), чем океаническая кора, состоящая в основном из кремния (Si) и магния (Mg) и имеющая возраст не более 200 млн. лет. Граница между континентальной и океанической корой проходит по подножью материкового склона или по внешней границе мелководного шельфа, окаймляющего каждый материк. Шельф добавляет 18% к площади материков. Это геофизическое определение подчеркивает общеизвестные отличия таких "материковых островов", как Британские, Ньюфаундленд и Мадагаскар, от океанических - Бермудских, Гавайских и о.Гуам.
История материков. В процессе длительной эволюции земной коры материки постепенно разрастались за счет аккумуляции лавы и пепла при вулканических извержениях, внедрения расплавленной магмы таких пород, как гранит, и накопления отложений, первоначально осаждавшихся в океане. Постоянная фрагментация древних массивов суши - "праматериков" - предопределила дрейф континентов, в результате чего периодически происходило их столкновение. Древние материковые плиты накрепко соединялись по этим контактным линиям, или "швам", образуя сложную мозаику ("лоскутное одеяло") структурных единиц, из которых состоят современные материки. На востоке Северной Америки такая шовная зона прослеживается от Ньюфаундленда до Алабамы. Ископаемые, обнаруженные в породах к востоку от нее, имеют африканское происхождение, что является доказательством произошедшего (ок. 300 млн. лет назад) отрыва этого участка от Африканского материка. Другая шовная зона, маркирующая столкновение Европы с Африкой примерно 100 млн. лет назад, прослеживается в Альпах. Еще один шов проходит по южной границе Тибета, где Индийский субконтинент столкнулся с Азиатским и в геологически недавнее время (ок. 50 млн. лет назад) сформировалась горная система Гималаев.
Теория тектоники литосферных плит сегодня так же общепринята в геологии, как, например, закон всемирного тяготения в физике. Породы и ископаемые "африканского типа" обнаружены во многих местах на востоке Америки. Шовные зоны отчетливо прослеживаются на космических снимках. Измерять скорости восходящих движений можно там, где горы, возникшие в результате столкновения материков, все еще продолжают подниматься. Эти скорости не превышают 1 мм в год в Альпах, а в отдельных частях Гималаев составляют более 10 мм в год.
Логическим следствием рассмотренного механизма горообразования являются континентальный рифтогенез и спрединг океанического дна. Раздробленность земной коры - широко распространенное явление, четко видное на космических снимках. Главные линии разломов, называемые линеаментами, могут быть прослежены как в пространстве - на тысячи километров, так и во времени - до самых древних этапов геологической истории. Когда оба борта линеамента сильно смещены, образуется сброс. Происхождение крупнейших разломов пока еще до конца не установлено. Компьютерная модель сети разломов наводит на мысль, что их образование связано с изменениями формы земного шара в прошлом, что, в свою очередь, предопределялось колебаниями скорости вращения Земли и сменой положения ее полюсов. Эти изменения были обусловлены рядом процессов, среди которых наиболее существенное влияние оказывали древние оледенения и бомбардировка Земли метеоритами.
Ледниковые периоды повторялись примерно каждые 250 млн. лет и сопровождались накоплением значительных масс ледникового льда близ полюсов. Такое скопление льда вызывало увеличение скорости вращения Земли, приводившее к уплощению ее формы. При этом экваториальный пояс расширялся в диаметре, и сфероид как бы сжимался у полюсов (т.е. Земля становилась все меньше похожей на шар). Вследствие хрупкости земной коры сформировалась сеть взаимопересекающихся разломов. Скорость вращения Земли менялась десятки раз на протяжении одного ледникового периода.
На ранних этапах истории Земли происходила интенсивная бомбардировка планеты астероидами и более мелкими объектами - метеоритами. Она была неравномерной и, по-видимому, приводила к отклонению оси вращения и изменению его скорости. Шрамы от этих ударов и кратеры, оставленные "небесными гостями", повсюду видны на нижних планетах (Меркурии и Венере), хотя на земной поверхности они частично замаскированы осадками, водой и льдом. Эти бомбардировки тоже вносили свою лепту в химический состав материковой коры. Так как падающие объекты имели тенденцию концентрироваться близ экватора, они увеличивали массу внешнего края земного шара, заметно замедляя скорость его вращения. К тому же на протяжении всей геологической истории любые мощные излияния вулканических лав в одном из полушарий или любые перемещения масс способствовали изменению наклона оси вращения и скорости вращения Земли.
Установлено, что линеаменты представляют собой ослабленные зоны материковой коры. Земная кора способна изгибаться как оконное стекло под натиском порывов ветра. Вся она в действительности рассечена разломами. Вдоль этих зон все время происходят незначительные движения, обусловленные приливообразующими силами Луны. Если плита смещается по направлению к экватору, она подвергается все большему напряжению, как из-за действия приливных сил, так и из-за изменения скорости вращения Земли. Эти напряжения в наибольшей степени проявляются в центральных частях материков, где происходит рифтообразование. Зоны молодого рифтогенеза проходят в Северной Америке от р.Снейк до р.Рио-Гранде, в Африке и на Ближнем Востоке - от долины р.Иордан до озер Танганьика и Ньяса (Малави). В центральных районах Азии тоже есть система рифтов, проходящая через оз.Байкал.
В результате длительных процессов рифтогенеза, дрейфа материков и их столкновений сформировалась материковая кора в виде "лоскутного одеяла", состоящая из фрагментов разного возраста. Любопытно отметить, что на каждом материке в настоящее время, видимо, представлены породы всех геологических эпох. Основу материков составляют т.н. щиты, сложенные древними прочными кристаллическими породами (в основном гранитного и метаморфического рядов), которые относятся к различным эпохам докембрия (т.е. их возраст превышает 560 млн. лет). В Северной Америке таким древним ядром является Канадский щит. По крайней мере 75% материковой коры было сформировано уже 2,5 млрд. лет назад.
Участки щитов, перекрытые осадочными породами, называются платформами. Они характеризуются плоским равнинным рельефом или пологоволнистыми сводовыми возвышенностями и котловинами. При бурении на нефть под осадочными породами иногда вскрывается кристаллический фундамент. Платформы всегда представляют собой продолжение древних щитов. В целом это ядро материка - щит вместе с платформой - называется кратоном (от греч. krtos - сила, крепость).
К краям кратона причленены фрагменты молодых складчатых горных поясов, обычно включающие небольшие ядра ("осколки") других материков. Так, в Северной Америке в восточных Аппалачах встречаются "осколки" африканского происхождения.
Эти молодые компоненты каждого материка дают ключ к разгадке истории древнего щита и, по-видимому, развиваются в основном также, как и он сам. В прошлом щит тоже состоял из горных поясов, которые ныне снивелированы почти до плоского или лишь умеренно расчлененного эрозией рельефа. Подобная выровненная поверхность, называемая пенепленом, - результат эрозионно-денудационных процессов, которые происходили более полумиллиарда лет назад. В основном эти процессы выравнивания протекали в условиях тропического корообразования. Так как главным агентом подобных процессов выступает химическое выветривание, то в результате образуется скульптурная равнина. В современную эпоху на щитах представлены только коренные породы, оставшиеся после того, как реки и ледники разрушили и снесли древние рыхлые отложения.
В более молодых горных поясах по краям кратонов часто повторялись поднятия, но времени для формирования пенеплена оказалось недостаточно, поэтому вместо него образовалась серия ступенчатых эрозионных поверхностей.
Континентальный рифтогенез. Наиболее впечатляющий результат молодого рифтогенеза - рифт Красного моря между Аравийским п-овом и Северо-Восточной Африкой. Формирование этого рифта началось ок. 30 млн. лет назад и происходит до сих пор. Раскрытие впадины Красного моря продолжается южнее в Восточно-Африканской рифтовой зоне и севернее - в зоне Мертвого моря и долины р.Иордан. Библейское сказание об обрушившихся стенах Иерихона, вероятно, основано на фактах, так как этот древний город находится в пределах главной зоны сброса.
Красное море представляет собой "юный океан". Хотя его ширина всего 100-160 км, глубины на отдельных участках сравнимы с океаническими, но что наиболее примечательно - там нет остатков материковой коры. Раньше считали, что рифт подобен разрушенной арке с упавшим верхним ("замковым") камнем. Многочисленные исследования не подтвердили этого предположения. Установлено, что два края рифта как бы раздвинуты в стороны, а дно состоит из затвердевшей "океанической" лавы, в настоящее время в значительной степени перекрытой молодыми осадками. Это начало спрединга морского дна - геологического процесса, в результате которого формируется кора океанического типа (спрединг дна океанов рассматривается как веское доказательство в пользу теории тектоники плит.) Все глубокие океаны имеют кору такого типа, и лишь мелководные моря, подобные Гудзонову или Персидскому заливам, подстилаются материковой корой.
В начале становления теории тектоники плит часто задавался вопрос: если материковые рифты и дно океанов расширяются при спрединге, не должен ли и сам земной шар соответственно расширяться? Загадка была разрешена, когда были обнаружены зоны субдукции - плоскости, наклоненные примерно под углом 45?, по которым океаническая кора пододвигается под край континентальной плиты. На глубине ок. 500-800 км от поверхности Земли кора расплавляется и вновь поднимается, формируя магматические камеры - резервуары с лавой, которая затем извергается из вулканов.
Вулканы. Места расположения вулканов тесно связаны с движением литосферных плит, при этом различают три типа вулканических зон. Вулканы субдукционных зон образуют тихоокеанское "огненное кольцо", Индонезийскую дугу и Антильскую дугу в Вест-Индии. Известны такие вулканы субдукционных зон, как Фудзияма в Японии, Сент-Хеленс и другие в Каскадных горах США, Монтань-Пеле в Вест-Индии. Внутриматериковые вулканы часто приурочены к зонам разломов или рифтов. Они обнаружены в Скалистых горах от Йеллоустонского национального парка и р.Снейк до р.Рио-Гранде, а также в Восточной Африке (например, гора Кения и вулкан Килиманджаро). Вулканы срединноокеанических разломных зон встречаются на океанических островах Гавайи, Таити, Исландия и др. Как внутриматериковые, так и срединноокеанические вулканы (по крайней мере, крупнейшие из них) связаны с глубоко залегающими "горячими точками" (восходящими конвективными струями) в мантии. По мере смещения перекрывающей плиты возникает цепочка вулканических центров, расположенных в хронологическом порядке.
Эти три типа вулканов различаются по характеру вулканической деятельности, химическому составу лавы и истории развития. Только лава вулканов субдукционных зон содержит большие объемы растворенных газов, что может приводить к катастрофическим взрывам. Другие типы вулканов вряд ли можно назвать "дружелюбными", но они гораздо менее опасны. Заметим, что возможна лишь самая общая классификация извержений, так как активность одного и того же вулкана каждый раз протекает по-своему и даже могут различаться отдельные фазы одного извержения.
Поверхность материков. Особенности рельефа материков изучаются наукой геоморфологией (гео - производное от имени греческой богини Земли Геи, морфология - наука о формах). Формы рельефа могут быть любого размера: от крупных, включающих горные системы (как, например, Гималаи), гигантские речные бассейны (Амазонка), пустыни (Сахара); до мелких - морских пляжей, клифов, холмов, ручьев и пр. Каждую форму рельефа можно анализировать с точки зрения особенностей строения, вещественного состава и развития. Возможно также рассмотрение по динамическим процессам, под которыми подразумеваются физические механизмы, обусловившие изменение форм рельефа во времени, т.е. предопределившие современный облик рельефа.
Почти все геоморфологические процессы зависят от следующих факторов: характера исходного материала (субстрата), структурного положения и тектонической активности, а также климата.
К крупнейшим формам рельефа относятся горные системы, плато, впадины и равнины. Горные системы претерпели смятие и сжатие в процессе движения плит, в настоящее время там преобладают эрозионно-денудационные процессы. Поверхность суши постепенно разрушается под воздействием мороза, льда, рек, оползней и ветра, а продукты разрушения аккумулируются во впадинах и на равнинах. В структурном отношении для гор и плато характерны продолжающиеся поднятия (с точки зрения теория тектоники плит это означает разогрев глубинных слоев), тогда как впадины и равнины характеризуются слабым погружением (за счет охлаждения глубинных слоев).
Существует компенсационный процесс, т.н. изостазия, одним из результатов которого является то, что по мере того как горы разрушаются эрозионными процессами, они испытывают поднятие, а на равнинах и во впадинах, где происходит накопление осадков, имеется тенденция к погружению. Под земной корой расположена астеносфера, состоящая из расплавленных пород, на поверхности которых "плавают" литосферные плиты. Если какой-то участок земной коры перегружен, то он будет "тонуть" (погружаться в расплавленную породу), в то время как остальная ее часть - "всплывать" (подниматься).
Главной причиной воздымания гор и плато является тектоника плит, однако эрозионно-денудационные процессы в сочетании с изостазией способствуют периодическому омоложению древних горных систем. Плато подобны горам, но они не смяты в результате коллизии (столкновения плит), а подняты единым блоком и обычно характеризуются горизонтальным залеганием осадочных пород (что, например, хорошо видно в обнажениях Большого каньона в Колорадо).
Другой геологический процесс, играющий очень важную роль в длительной истории материков, - эвстазия - отражает глобальные колебания уровня моря. Различают три типа эвстазии. Тектоническая эвстазия вызвана изменениями формы морского дна. Во время быстрой субдукции ширина океанического бассейна сокращается, а уровень моря повышается. Океанический бассейн также становится мельче из-за теплового расширения океанической коры при внезапном ускорении спрединга морского дна. Осадочная эвстазия обусловлена заполнением океанического бассейна осадками и лавой. Гляциоэвстазия связана с удалением воды из океанов во время материковых оледенений и ее отдачей при последующем глобальном таянии ледников. В периоды максимального оледенения площадь материков увеличивалась почти на 18%.
Из трех рассмотренных типов гляциоэвстазия сыграла наиболее важную роль в истории человечества. С другой стороны, эффект тектонической эвстазии был наиболее продолжительным. Периодически уровень Мирового океана повышался, и в результате затоплялись значительные части материков. Исключение составляли горы. Эти глобальные наводнения называются "талассократическими" (от греч. thlassa море и krtos - сила, мощь) фазами развития Земли. Последнее такое наводнение произошло ок. 100 млн. лет назад, в эпоху динозавров (некоторые живые организмы того времени предпочитали водный образ жизни). Обнаруженные во внутриматериковых районах морские осадки того времени с характерными для них ископаемыми организмами свидетельствуют, что Северная Америка от Мексиканского залива до Арктики была затоплена морем. Африка разделялась на две части пересекавшим Сахару мелководным проливом. Таким образом, каждый материк сокращался до размеров крупного архипелага.
Совсем иные условия существовали в эпохи, когда океаническое дно опускалось. Море отступало с шельфов, а суша повсеместно расширялась. Такие эпохи называются "эпейрократическими" (от греч. peiros - материк, суша).
Чередование эпейрократических и талассократических фаз определяло основной ход геологической истории и оставило следы в главных особенностях рельефа каждого материка. Эти явления также оказали большое влияние на животный и растительный мир. Ход эволюции как физического, так и биологического мира определялся и изменениями площади океанов.
Во время талассократических фаз формировался океанический климат с влагонасыщенными воздушными массами, проникающими на сушу. В результате средняя температура на Земле была по крайней мере на 5,5? C выше современной. Ледники существовали только в очень высоких горах. Условия на всех материках были более или менее однородными, суша покрывалась пышной растительностью, что способствовало развитию почв. Однако наземные животные пережили серьезный стресс из-за перенаселения и разобщения в отличие от своих морских собратьев, которые процветали на необъятных просторах значительно увеличившихся по площади шельфов.
Во время эпейрократических фаз складывалась противоположная ситуация. Площадь материков увеличивалась, и новые местообитания идеально подходили для существования крупных животных типа динозавров. Наибольшую площадь суша занимала ок. 200 млн. лет назад, что благоприятствовало эволюции этих созданий. В климатических условиях того времени с высоким "индексом континентальности" были широко распространены пустыни и красноцветные отложения и преобладала механическая эрозия.
Современный рельеф находится в тесной зависимости от геологической истории. Облик Альп или Гималаев свидетельствует о молодом поднятии: эти горы - типичные коллизионные структуры. Великие внутренние равнины Северной Америки и северной Евразии перекрыты преимущественно субгоризонтально залегающими осадочными формациями, которые образовались во время повторявшихся на протяжении геологической истории глобальных морских трансгрессий. В свою очередь они перекрыты тонким моренным покровом (осадками ледниковых эпох) и лёссами (продуктами деятельности особенно сильных ветров, обычно дующих по направлению от крупных ледниковых покровов к их периферии).
Интересно заметить, что равнины Северного и Южного полушарий выглядят совершенно по-разному. В Бразилии, Южной Африке и Австралии неизменно поражают экзотические формы рельефа. Современная эпоха представляет собой эпейрократическую фазу в истории Земли с растущей дифференциацией отдельных материков и усиливающимися климатическими контрастами. Но почему же существует различие между северными и южными материками? Ответ на этот вопрос дает тектоника плит.
Все северные материки были раздвинуты на значительные расстояния и в течение последних почти 200 млн. лет медленно двигались к северу. В результате этого дрейфа они переместились из тропических и субтропических широт в умеренные и арктические. От тех далеких времен унаследованы красноцветные почвы, типичные для условий жаркого сухого климата, да и многие существующие формы рельефа не могли бы образоваться в современных климатических условиях. В недавнем геологическом прошлом обширные площади этих материков были покрыты ледниками.
История развития южных материков была совершенно иной. Они испытали последнее оледенение 250 млн. лет назад, будучи частью ранее существовавшего праматерика Гондваны. С тех пор они постепенно смещались к северу (т.е. в направлении современного экватора), так что многие современные формы рельефа в этих регионах унаследованы от более холодных климатических условий.
В Северном полушарии площадь суши на 48% больше, чем в Южном. Подобное распределение оказывает глубокое влияние на климат, обусловливая бльшую континентальность на севере и бльшую океаничность на юге.
Темпы эрозионно-денудационных процессов. Исследования показали, что во многих регионах мира имеются древние участки суши - кратоны, представляющие собой останцы, сложенные древними осадочными формациями, которые часто сцементированы с коренным ложем кремнеземом и образуют прочные, как кварц, покровы. Эта цементация происходила во время формирования скульптурных равнин в тропических и субтропических условиях. Однажды сформированный, такой панцирь, бронирующий рельеф, мог затем существовать без изменения миллионы лет. В горных районах реки прорезают этот прочный покров, однако часто сохраняются ее фрагменты. Субгоризонтальные водораздельные поверхности в Аппалачах, Арденнах и на Урале представляют собой останцы существовавших ранее скульптурных равнин.
По возрасту таких древних остаточных формаций вычислена средняя скорость денудации за длительный временной интервал, составляющая ок. 10 см за миллион лет. Поверхности древних кратонов Земли имеют абсолютные высоты 250-300 м, поэтому, чтобы срезать их до современного уровня моря, понадобилось бы ок. 3 млрд. лет.