Основные этапы развития геотектоники
Термин "геотектоника" предложен немецким геологом К. Науманном в 1860 г. [10], но первые тектонические представления о подвижности земной коры и изменчивости рельефа возникли ещё в античное время (Рис. 10).
Рис. 10. Представления греков
В общем, в развитии геотектоники выделяют следующие пять этапов [10]:
первый этап - охватывает вторую половину XVII и первую половину XVIII в.;
второй этап - с временным интервалом от второй половины XVIII в. до первой половины XIX в.;
третий этап - вторая половина XIX в.;
четвертый этап - первая половина XX в.;
пятый этап - с 1960-х годов.
Первый этап характеризуется появлением первых научных представлений об образовании Земли и в это время были сформулированы положения, закладывающие основы тектоники.
По Р. Декарту и Г. Лейбницу Земля первоначально была расплавленной, по мере остывания она приобрела твердую кору и Мировой океан. Автором же начальных постулатов тектоники был Н. Стенон, по которому:
а) осадочные породы первоначально накапливаются горизонтальными слоями, их наклонное или изогнутое залегание является результатом последующих нарушений (Рис. 11).
Рис. 11. Горизонтальное залегание осадочных пород
б) если на наклонном слое залегает горизонтальный слой, то наклон первого слоя произошел до отложения второго (Рис. 12).
Рис. 12. Второе положение Стенона
в) горы не представляют постоянной величины (т.е. рельеф земной поверхности подвержен непрерывным изменениям, Рис. 13).
Данные положения, известные любому первокурснику геологического вуза, были высказаны в 1669 г.
Второй этап связан с именами выдающихся ученых-энциклопедистов, благодаря которым возникла научная геология. Это М. В. Ломоносов, А. Г. Вернер, Дж. Хаттон (Геттон) , А. Гумбольдт, Л. Бух, Ч. Лайель.
В это время проведено четкое разграничение геологических процессов на эндогенные и экзогенные; выявлено зональное строение горных сооружений с залеганием гранитов в осевой части и наклоном осадочных толщ в обе стороны от оси; появляется систематика складчатых нарушений и первая научная тектоническая гипотеза - гипотеза поднятия (А. Гумбольдт, Л. Бух). По этой гипотезе формирование горных сооружений и складчатости связывалось с подъемом магматических масс, при этом считалось, что складко- и горообразование, а также вулканизм происходят одновременно в виде катастроф всемирного значения. В конце второго этапа (1830-1833 г.г.) выходит знаменитый труд Ч. Лайеля "Основы геологии".
Третий этап характеризуется господством гипотезы контракции Эли де Бомона, основывавшейся на "горячей" космогонии Канта-Лапласа.
Эта гипотеза представляла собой парадигму геологии вплоть до начала XX в., она хорошо объясняла одну из фундаментальных проблем геотектоники - проблему складчатости - смятием (сжатием) коры, приспосабливающейся таким образом к сокращающемуся объему охлаждающейся Земли. Огромное значение для всего последующего развития геотектоники имело появление учений о подвижных поясах Земли - геосинклиналях
(Дж. Холл,1859;
Дж. Дэна, 1873) и устойчивых её структурах -
платформах
(Э. Ог, 1900, впоследствии
А. П. Карпинский,
А. П. Павлов и другие русские учёные).
Первые измерения поля силы тяжести в горных странах привели к возникновению учения об изостазии
(Дж. Эри, Дж. Пратт, К. Деттон).
Исследования в горно-складчатых областях позволили
М. Бертрану (1887 г.) выделить четыре основных этапа горообразования - гуронский (докембрийский), каледонский, герцинский и альпийский. Знаменитым учёным Э. Зюссом в труде "Лик Земли"
(1885-1909 г.г.) были рассмотрены особенности тектонического строения всей поверхности планеты.
Четвертый этап ознаменовался открытием крупных шарьяжей, радиоактивности и переходом от "горячей" космогонии к "холодной", что подорвало основы контракционной гипотезы. Это вызвало всплеск новых геотектонических представлений на уровне гипотез - подкоровых течений
(О. Ампферер, 1906), дрейфа континентов (Ф. Тейлор, 1910;
А. Вегенер, 1912-1915), расширяющейся Земли (Б. Линдеман, 1927;
М. М. Тетяев, 1934), пульсирующей Земли
(У. Бухер, 1933;
М. А. Усов, 1939;
В. А. Обручев, 1940). Наиболее популярной до 1930-х годов была гипотеза дрейфа континентов, полно раскрытая
А. Вегенером, которая положила начало
мобилизму.
А. Вегенер, основываясь на ряде географических (Рис. 14),
геологических (Рис. 15) и палеонтологических данных (Рис. 16) , пришел к выводу, что в конце палеозоя - около 200 миллионов лет назад - все современные континенты представляли собой единый континент, который он назвал "Пангеей" (Рис. 17).
Рис. 14. Географическая основа гипотезы Вегенера
Рис. 15. Геологическая основа гипотезы Вегенера
Рис. 16. Палеонтологическая основа гипотезы Вегенера
Рис. 17. Вегенеровская Пангея
Основным недостатком в построениях Вегенера было отсутствие убедительного механизма перемещения континентальных блоков. В связи с этим, в конце этапа превалирующую роль стали играть концепции фиксизма. Это ундационная гипотеза Р. В. Ван Беммелена, 1933 и позднее, радиомиграционная гипотеза В. В. Белоусова, 1944 и позднее, которые возродили представления сторонников гипотезы поднятия о ведущем значении в развитии земной коры вертикальных восходящих движений, связанных с подъемом магмы. Отсутствие единой теории (гипотезы), удовлетворительно объясняющей основную часть выявленных к тому времени геолого-структурных фактов и закономерностей, не помешало проведению разработок в конкретных разделах геотектоники. Развивается учение о геосинклиналях и платформах. Определяющими работами в этом направлении явились исследования Г. Штилле, Ж. Обуэна, Дж. М. Кэя и русских геологов - А. Д. Архангельского, Н. С. Шатского, В. В. Белоусова, А. Л. Яншина, М. В. Муратова, А. А. Богданова и многих других. Возникает учение о глубинных разломах (А. В. Пейве, 1945); обособляются неотектоника (В. А. Обручев, 1948; С. С. Шульц, 1948; Н. И. Николаев, 1949) и сейсмотектоника (И. Е. Губин, 1950); интенсивно развивается формационный анализ (Н. С. Шатский, Н. П. Херасков, Н. Б. Вассоевич и др.); начинают изучаться современные движения (Ю. А. Мещеряков и др.) [10].
Пятый этап отличается от предыдущих тем, что на вооружении геологов появились данные о строении всей земной поверхности (ранее оперировали информацией лишь по континентальным сегментам). Интенсивное изучение в 1950-1960-х г.г. Мирового океана (рис. 18) привело к удивительным открытиям (Рис. 19).
Рис. 18. Изучение Мирового океана
Рис. 19. Основные открытия по изучению дна Мирового океана
В это же время обнаруживается явление остаточной намагниченности горных пород (зарождается палеомагнетизм), что совместно с изучением океанических полосовых магнитных аномалий привело к выявлению периодических инверсий магнитного поля Земли. Геофизики подтверждают существование в верхней мантии астеносферы - ослабленного слоя, предсказанного еще в 1916 г. Дж. Баррелом. Указанные и другие открытия обусловили возврат к мобилизму в новой форме, получившей название тектоники литосферных плит [10]. Её основные положения были сформулированы в 1962-1968 г.г. Г. Хессом, Р. Дитцем, Т. Вилсоном, К. Ле Пишоном, Дж. Морганом, Д. Маккензи и др. Новая концепция наиболее убедительно объясняла формирование океанов и горно-складчатых сооружений - основных проблем геотектоники того времени, а также большую часть накопленного эмпирического геолого-геофизического материала (Рис. 20).
Рис. 20. Схематический профиль кинематики литосферных плит по Хаину
Кроме этого она обладала предсказательной силой, т.е. отвечала всем основным требованиям к научным теориям. В связи с этим появление тектоники литосферных плит (иногда именуемой новой глобальной тектоникой) нередко считают революцией в геологии, которая привела к бурному развитию практически всех направлений геологической науки. Дальнейшие исследования, в которых активное участие принимали и российские тектонисты - В. Е. Хаин, Л. П Зоненшайн, Ю. М. Пущаровский, О. Г. Сорохтин и многие другие, с одной стороны подтвердили и конкретизировали основные принципы и положения тектоники плит, а с другой - наметили очередной круг нерешенных вопросов и проблем, которые касаются как особенностей строения и формирования литосферы, так и, в большей степени, глубинной динамики Земли. В целом современное развитие геотектоники проходит под знаком господства идей неомобилизма и в поисках (разработке) глобальной геодинамической концепции, учитывающей все основные процессы, протекающие во всём объёме нашей планеты.