Чи розширюється Земля

Почну з головного: є дві ідеї, які представляються мені важливою ланкою в загальному ланцюзі пошуків сучасних наук про Землю. Перша – ідея про те, що протягом чотирьох мільярдів років існування нашої планети її розміри не залишалися незмінними, точніше — що її діаметр поступово збільшувався, а сама вона, отже, розширювалася.

І друга – діаметр Землі періодично змінювався, то злегка збільшувався, то злегка скорочувався, інакше кажучи, розміри планети час від часу як би пульсували. Обидві ці ідеї не нові, але до недавнього часу вони не користувалися значним визнанням, так як кожна з них, взята окремо, не в змозі вирішити багато найважливіших питань геології. Однак об’єднання цих двох ідей, як мені здається, відкриває перед геологами широкі перспективи. Регулярно виникалі пульсації планети відбувалися на тлі поступового її розширення — таке уявлення, думається, найвдаліше вирішує труднощі, що виникають перед сучасною геотектонікою.

Як же це уявлення вписується в загальні погляди сучасних наук про Землю? Яке місце ця гіпотеза займає в ряду інших концепцій, присвячених тектонічній історії нашої планети?

Сильна сторона цієї гіпотези в тому, що вона дає природне і досить струнке пояснення багатьом явищам в історії Землі — тим явищам, тлумачення яких представляє відомі труднощі для інших концепцій.

Такі, наприклад, що регулярно змінюють один одного періоди, коли по всій планеті то посилювалася, то послаблювалася вулканічна діяльність. Або регулярне чергування епох наступу океанів на сушу і їх відступу назад. Або чергування різних циклів накопичення опадів. Існування подібних циклічних явищ в історії Землі і змушує думку дослідників природи звернутися до гіпотези про можливі пульсації розмірів планети.

Виявляється цікава закономірність: земний вулканізм різко активізується в одні і ті ж періоди історії планети — в епохи, коли виявляються ознаки помітного розтягування земної кори. З іншого боку, в епохи її стиснення вулканізм загасає.

Прояви пульсації розмірів Землі ми бачимо і в чергуванні різних періодів в житті Світового океану. В епоху стиснення земна кора жолобиться, ємності западин морів і океанів зростають, в них збираються великі маси води — океан як би відступає від суші. В епоху ж розширення планети нерівності земної поверхні дещо згладжуються, вирівнюються, глибини і ємності океанічних западин зменшуються — води океанів розподіляються по більшій поверхні, і океан як би наступає на сушу.

Мабуть, з пульсаціями Землі пов’язано і утворення багатьох мінеральних родовищ: їх формування в основному відбувалося в ті епохи, коли через розтягування земної поверхні кора планети і її верхня мантія ставали більш проникними для глибинних флюїдів, ніж в епохи стиснення.

І, нарешті, ще один, можливо, найбільш очевидний приклад прояву пульсацій Землі. Надалі нам не раз доведеться оперувати такими геологічними термінами, як геосинкліналь та рифт, а тому — кілька слів про те, що за ними ховається. Геосинкліналі – великі, лінійно витягнуті, що відчувають тривале глибоке занурення рухливі ділянки земної кори, що відрізняються інтенсивністю тектонічного життя і помітною деформацією гірських порід. Рифти ж – це витягнуті на сотні або тисячі кілометрів вузькі зони, де розтягується земна кора і де з надр планети до її поверхні надходять глибинні породи Землі.

Вже давно встановлено, що інтенсивні горизонтальні стиснення в земній корі відбуваються в певні, порівняно короткі періоди, і тоді процеси складкоутворення майже одночасно охоплюють багато районів Землі — головним чином її геосинклінальні області. Сили протилежного знака – сили горизонтального розтягування в корі. Ділянки, де вони проявляються найпомітніше, рифти. І ось детальне вивчення особливостей розвитку рифтів на континентах і в океанах виявило, що в ньому також є глобальна періодичність! Як і складкоутворення в земній корі, активізація рифтів, тобто посилення розтягування земної кори, відбувається по всій планеті в одні і ті ж строго певні періоди.

При цьому, всупереч теоретичним припущенням багатьох дослідників, досить несподівано виявилося, що періоди утворення складок кори (так звані фази складчастості) не збігаються з періодами зростання рифтів. Більш того, вони чергуються один з одним за часом! Коли складчастість в геосинклінальних областях посилюється, розширення земної кори в рифтових зонах або послаблюється, або повністю припиняється.

Понад півстоліття тому геолог А. Д. Архангельський писав: «у житті земної кори червоною ниткою проходить чергування епох, в які ця кора відчуває грандіозне стиснення, з епохами, в які яскраво проявляються не менш потужні розтягуючі зусилля. Стиснення найбільш чітко позначаються у формуванні гірських хребтів, а розтягнення — у створенні таких грандіозних западин, якими є Великий Африканський грабен… і т. д.

Ці явища важко або навіть неможливо зрозуміти, якщо стояти на позиціях повної незмінності діаметра і обсягу Землі протягом всієї її історії. Навпаки, вони отримують природне пояснення, якщо допустити, що діаметр планети періодично змінювався, а її обсяг пульсував, то злегка збільшуючись, то злегка зменшуючись в порівнянні з попереднім станом.

Пульсації проявляються головним чином в рухомих зонах земної кори — рифтових і геосинклінальних. Особливості тектонічної будови цих зон такі, що одні з них (зони рифтів) виявляються більш сприйнятливими до дії сил розтягування, в той час як інші (зони геосинкліналей) — до дії сил стиснення. Збільшується обсяг планети – ростуть рифтові зони, тут посилюється розтягнення земної кори. Зменшується обсяг – Земля стискається головним чином за рахунок звуження геосинклінальних зон, в яких виникають складки, насування і інші структури стиснення.

Такі причини, які гіпотеза пульсацій пропонує для пояснення ряду найважливіших явищ в геологічній історії Землі. Думаю, їм не можна відмовити в природності і логічної стрункості. Однак не зайве підкреслити, що ці уявлення поки не претендують на більше, ніж вважатися гіпотезою, та до того ж на стадії початкової розробки.

На самому початку статті автор зазначив, що його приваблює перспектива об’єднання двох ідей: ідеї пульсації Землі та ідеї її поступового розширення. Які ж факти свідчать на користь другої ідеї?

Такі дані відомі з різних розділів геологічних наук, і ми згадаємо лише деякі з них. Так, геологів вже давно «бентежать» виключно сильні зміни структури і складу (глибокий метаморфізм) деяких найдавніших порід, що лежать біля поверхні Землі. Породи ці володіють такими особливостями, ніби вони утворилися при тисках, що існують нині на глибинах 30-50 кілометрів. Але при нинішньому рівні наших геологічних знань здається майже неймовірним припустити, що потужні масиви цих порід піднялися до поверхні з такої глибини. Однак якщо радіус Землі 3,5 мільярда років тому був менше сучасного, скажімо вдвічі, то сила тяжіння значно перевищувала нинішню, і такий тиск міг досягатися на глибинах не в 30 — 50, а всього близько 7,5 — 12,5 кілометра, звідки ці породи вже цілком могли піднятися до поверхні Землі.

Взагалі треба сказати, що з гіпотезою розширення Землі узгоджується ціла група явищ, що вказують на зменшення сили тяжіння в ході геологічного часу.

Цікаві дані тут дає нам палеонтологія. Сучасні методи досліджень роблять можливим розпізнати не тільки річні цикли, але навіть добові ритми зростання коралів. І ось що виявляється: якщо у нинішніх коралів число добових ритмів в річному циклі становить 365, то у кам’яновугільних (з віком близько 300 мільйонів років) — 390, а у девонських (близько 380 мільйонів років) — близько 400! Значить, швидкість обертання Землі (точніше, кількість її оборотів навколо своєї осі протягом року) поступово зменшувалася. А це, швидше за все, можна пояснити тим, що радіус Землі за останні 300-400 мільйонів років збільшився на кілька відсотків (3,5—4), її поверхня розширилася до восьми відсотків, і ще більше зріс обсяг нашої планети, а її середня щільність речовини відповідно дещо зменшилася.

Палеомагнітні дані в різний час використовувалися різними дослідниками і для доказу досить значних змін радіуса Землі (в основному його поступового збільшення), і для заперечення скільки-небудь помітних його коливань. Але ось зовсім недавно австралійські палеомагнітологи П. Шмідт і Б. Емблтон в результаті проведеного ними дослідження прийшли до висновку, що близько 1,6 мільярда років тому радіус Землі становив всього близько 55 відсотків від сучасного, а всі нинішні континентальні масиви близько примикали один до одного. Лише пізніше почалося значне розширення Землі, і між континентальними брилами виникли великі ділянки океанічної кори.

Звернемося тепер до проблем глобальної тектоніки. В ході досліджень дна океанів, які інтенсивно велися в останні десятиліття, були грунтовно вивчені серединно-океанічні рифтові хребти. Тут уздовж осей рифтів з глибини планети наверх піднімаються нагріті породи мантії. Виходячи на поверхню, ці породи зрушують в сторони речовину, що перш них надійшла наверх, і тим розсовують крила, фланги серединних хребтів в різні боки. У цих зонах, безсумнівно, зростає площа земної кори.

Існування такого процесу (спредингу) і його велике значення в розвитку океанів визнається нині більшістю дослідників.

Але якщо в серединно-океанічних рифтових хребтах утворюється нова океанічна кора, то в разі незмінності обсягу десь повинен відбуватися зворотний процес – зникнення частини стародавньої кори, її «поглинання». Прихильники гіпотези тектоніки плит припускають, що цей процес відбувається в межах геосинклінальних областей і в основному полягає в підсуванні однієї літосферної плити під іншу — в так званій субдукції. В ході субдукції (при постійному обсязі Землі) має відбуватися «поглинання» ділянок земної кори, рівних за своєю площею тим, що утворюються в результаті спредингу. Але реальність цього процесу ще не доведена, і субдукція поки залишається лише дотепним припущенням, яке ще не отримало достатнього підтвердження ні даними сейсмічних досліджень, ні матеріалами глибоководного буріння.

Згідно з гіпотезою тектоніки плит за останні 150 мільйонів років зони субдукції повинні були «поглинути» близько двох третин всієї поверхні Землі, а якщо такий механізм «працював» протягом останніх півтора мільярдів років, то вони повинні були б вже кілька разів «пропустити» через себе раніше існуючу земну кору. Однак більша частина площі материків володіє континентальною корою з віком понад 1,5-2 мільярдів років. Сумнівність ідеї субдукції і тим більше того грандіозного масштабу, який приписується їй в моделі тектоніки плит, є однією з головних причин недовіри до неї багатьох дослідників.

Найбільш перспективний для геології наслідок з гіпотези розширення Землі полягає в тому, що відкривається можливість пояснити походження океанічних западин або у всякому разі їх внутрішніх, рифтових зон, не вдаючись при цьому до допомоги субдукції.

Уявлення, які розвиваються в рамках гіпотези розширення Землі, узгоджуються з численними спостереженнями за грандіозними процесами перетворення лику Землі, які яскравою ниткою проходять через всю її історію. Ознаки ймовірного розширення планети ми знаходимо на різних стадіях її розвитку, але, звичайно, воно проявлялося нерівномірно в часі, різко посилюючись в одні епохи і слабшаючи або навіть тимчасово змінюючись переважаючим стисненням в інші. Епохи, коли спостерігається помітне посилення процесів розтягування і роздроблення земної кори в глобальному масштабі, відносяться до архею (приблизно 3,5 — 3,0 мільярда років тому), початку раннього протерозою (приблизно 2,5 мільярда років тому), пізнього протерозою (приблизно 1,5—1,0 мільярда років тому) і мезокайнозою (від рубежу приблизно в 250 мільйонів років тому до наших днів).

І ще кілька важливих питань. Перш за все, які масштаби розширення Землі в рамках гіпотези, про яку йде мова?

Найбільш вірогідними мені здаються уявлення про відносно помірний масштаб розширення Землі, при якому з раннього архею (тобто за 3,5 мільярда років) її радіус міг збільшитися не більше ніж в півтора-два (?) рази, з пізнього протерозою (тобто за 1,6 мільярда років) — не більше ніж в 1,3—1,5 рази, а з початку мезозою (тобто за останні 0,25 мільярда років) — не більше ніж на 5, максимум 10 відсотків.

А якою може бути тривалість окремих циклів пульсацій Землі? Ймовірно, в розвитку планети проявляються, накладаючись один на одного, «пульси» різного порядку і масштабу. Вони можуть бути тривалістю в сотні мільйонів років (геотектонічні «цикли»), в десятки мільйонів років, в кілька мільйонів років (з таким періодом чергуються, мабуть, фази складчастості і рифтогенеза). Є і ще більш короткочасні пульсації, можливо, навіть в кілька років.

І ще одне, можливо, найважче питання: які можливі причини розширення Землі? Треба сказати, що впевненої відповіді на нього поки дати не можна.

Деякі дослідники, як, наприклад, відомий австралійський геолог С. У. Кері, відкрито визнають, що не знають причин розширення планети, і схиляються до цієї гіпотези тому, що вона дає єдину, на їхню думку, можливість пояснити, не впадаючи в протиріччя, головні закономірності геологічної будови і розвитку Землі.

Інші вчені слідом за рядом фізиків — П. Діраком, П. Йорданом, Д. Д. Іваненко — допускають, що в ході розвитку Всесвіту зменшувалася гравітаційна постійна. А це — в цікавій для нас області – повинно було позначитися на щільності речовини нашої планети: тиск на неї з плином часу повинен був падати, щільність зменшуватися, а обсяг Землі рости. Однак уявлення про зменшення гравітаційної постійної в часі поки строго не доведено, більш того — воно досить дискусійно, і зараз висловлюються навіть сумніви в тому, що подібне явище, якщо воно і відбувалося, могло супроводжуватися збільшенням обсягу планети.

З числа інших припущень зупинюся на одному, яке мені як геологу здається найбільш вірогідним. Можна припустити, що розміри Землі збільшувалися внаслідок зменшення щільності її речовини, однак причину розущільнення відповідно до цієї точки зору слід шукати (не виключаючи можливих змін гравітаційної постійної) в складних процесах, що відбувалися в надрах планети. Що мається на увазі?

Перетворення речовини планети в її глибинних шарах — астеносфері, верхній і нижній мантії, а може бути, навіть і в ядрі, що супроводжувалося зміщенням їх кордонів. Геологи розглядають зараз історію Землі не як спокійне існування спочатку сформованих її внутрішніх оболонок, а як складні процеси диференціації речовини Землі і динамічної перебудови цих глибинних шарів. І який би характер – згідно з поглядами різних наукових шкіл – такі перебудови не мали, вони обов’язково повинні були супроводжуватися переміщенням величезних мас речовини знизу, з глибин планети, наверх, до її поверхні, і навпаки. Одночасно йшло безліч різних фізико-хімічних процесів – спливання легкоплавких матеріалів, дегазація глибинних порід, виділення води та інше. А головне – змінювалася щільність «упаковки» речовини: вона зазвичай збільшувалася, коли речовина опускалася вниз, і зменшувалася, коли вона піднімалася до земної поверхні.

Цілий ряд самих різних ознак вказує, що всі ці процеси в потужному котлі глибинних надр землі мали загальну спрямованість: зменшення середньої щільності речовини планети. Тобто той саме ефект, який ми шукаємо.

Порівнюючи планети земної групи, ми знаходимо ознаки найбільш значного розширення саме на Землі, яка залишається «живою» планетою з потужними проявами тектонічної і магматичної активності протягом всієї її історії. І це, як мені здається, явно вказує на те, що головну причину розширення потрібно шукати у внутрішніх процесах, що ведуть до розущільнення речовини планет.

На жаль, ми ще погано знаємо хімічний склад ядра і нижньої частини мантії Землі, погано уявляємо собі характер процесів, що відбуваються в них. Недостатньо ясна і природа теплової енергії Землі. І все ж ряд вчених, які навіть дотримуються різних поглядів на склад глибинних шарів Землі, тим не менш, приходять до уявлень про неминучість її більшого або меншого розширення.

Що ж стосується можливих причин пульсацій обсягу Землі, то природа найбільш короткоперіодичних з них поки абсолютно не ясна і, можливо, пов’язана не з внутрішніми, а з зовнішніми по відношенню до Землі космічними факторами. Найбільш же тривалі пульсації (тривалістю в мільйони, десятки і сотні мільйонів років) швидше за все, можуть викликатися нерівномірним в часі виділенням теплової енергії в глибоких надрах планети і її поширенням до зовнішніх оболонок і поверхні Землі як би окремими «тепловими хвилями».

Отже, загальний хід розвитку планети може, як здається, викликати поступове зменшення щільності речовини Землі і, отже, деяке збільшення її обсягу. А коливання у виділенні глибинної теплової енергії і в активності глибинних шарів планети — перш за все динамічної астеносфери — визначають регулярно виникаючі відносно тривалі пульсації її розмірів. Об’єднуючись, накладаючись один на одного — то посилюючи, то протидіючи один одному, ці явища можуть породжувати досить складну і суперечливу картину життя земної кори, яку ми насправді і спостерігаємо.

Прихильникам пульсаційної гіпотези нерідко дорікають в тому, що вони нібито ігнорують свідчення одночасності проявів стиснення і розширення на земній поверхні. Цей докір, звичайно, заснований або на явному непорозумінні, або на прагненні «оглупити» і тим дискредитувати ідею пульсацій. Зрозуміло, ці сили в різних районах Землі діють одночасно, і мова може йти лише про переважання тієї чи іншої тенденції в різні епохи історії Землі.

І останнє. На початку статті я говорив, що сильна сторона гіпотези пульсацій і загального розширення Землі в тому, що вона пропонує природне і досить логічне пояснення багатьом важливим явищам в геологічній історії планети. Але разом з тим не можна не відзначити, що в її нинішньому вигляді вона не позбавлена слабкостей і мало розроблених положень. До числа їх, перш за все, відносяться питання про ймовірний масштаб розширення, про можливі причини, що породжують передбачувані пульсації Землі і її загальне розширення.

Автор: Е. Милановский.