Чи змінюється радіус Землі

Геологи і геофізики ведуть зараз палкі дискусії: чи змінюється радіус Землі, пульсує вона або розширюється, і як це позначається на розташуванні континентів відносно один одного, на зміні площі океанів. Пульсаційна геотектонічна гіпотеза була сформульована американським геологом В. Бечером вже давно, в 1933-1940 роках. В цей же час з’явилися перші гіпотези про розширення Землі, хоча в формі припущень такі ідеї висловлювалися набагато раніше, ще в XIX столітті. Однак тільки в останні десятиліття з’явилися досить точні дані спостережень і експериментів, які дозволяють говорити про можливий фізичний механізм і, головне, про масштаби зміни радіуса Землі.

Такі відомості дає, перш за все, вивчення палеомагнетизму гірських порід. Як відомо, при охолодженні лав феромагнітні мінерали (гематит, магнетит та інші), що утворюються в них, набувають намагніченість, орієнтовану в напрямку силових ліній земного магнітного поля. Така намагніченість зберігається протягом сотень мільйонів років. Орієнтування магнітного поля Землі закріплюється надовго і в тих осадових відкладеннях (наприклад, зернистих пісковиках), які утворюються з дрібних уламків гірських порід, перенесених річками в морський або озерний басейн. Кожне зерно, якщо в ньому є намагнічений мінерал, поводиться подібно крихітній магнітній стрілці і орієнтується в утвореному залишку так, як йому «велить» то магнітне поле Землі, яке існувало під час осадження зерен.

Ця залишкова намагніченість і дає нам можливість визначити колишню, що існувала під час утворення породи географічну широту і напрямок меридіана того часу. А по ним легко знайти положення колишнього полюса – так званий віртуальний полюс, визначений по відношенню до тієї ділянки земної кори, на якій був узятий зразок.

Якби материки були нерухомі відносно один одного, то віртуальні полюси порід різного геологічного віку — від кембрійських, що утворилися на початку палеозойської ери, 600 мільйонів років тому, до таких, що належать до четвертинного періоду, який охоплює останні два мільйони років, лягли б приблизно на одну і ту ж криву.

Фактично ж хід кривих переміщення віртуального полюса з кембрію до наших днів, побудованих за породами, взятими на різних материках, виявляється абсолютно різним. Єдине пояснення цього факту полягає в тому, що материки переміщалися відносно один одного на тисячі кілометрів і поступово поверталися (по відношенню до меридіанів).

Всі побудови, засновані на палеомагнітних даних, добре узгоджуються з палеокліматичними даними: поширенням льодовикових відкладень — в полярних зонах, пустельних відкладень, часто з кам’яною сіллю, гіпсом і доломітами — в жарких поясах, розташованих на широтах від 10 до 35 градусів. Вони відмінно узгоджуються також з реконструкціями, побудованими А. Вегенером ще в 1925 році і А. Дю Тойтом в 1937 році на підставі суміщення контурів материкового схилу нині роз’єднаних материків.

Така узгодженість результатів, отриманих абсолютно різними методами, не залишає ніякого сумніву в тому, що відбувалися переміщення материків саме в тих масштабах, які передбачаються в теорії тектоніки літосферних плит. Є цілий ряд обґрунтованих реконструкцій для часу, що охоплює 380 мільйонів років (тобто з девонського періоду). Вони складені Е. Ірвінгом, Л. П. Зоненшайном та іншими.

Для останніх вісімдесяти мільйонів років отримані ще більш детальні реконструкції. Так, наприклад, поєднуючи контури смугових магнітних аномалій, що простягаються в Атлантичному, Індійському і Тихому океанах, Л. А. Савостін недавно побудував серію глобальних реконструкцій. Він простежив крок за кроком розростання дна океанів і прийшов до висновку, що за 80 мільйонів років утворилося 300 мільйонів квадратних кілометрів нової океанічної кори. Ця площа дорівнює 59 відсоткам поверхні земної кулі.

Якщо радіус Землі в цей час залишався приблизно постійним, то така ж величезна площа стародавньої океанічної кори повинна була «сховатися» під дуги островів і під материкові брили в процесі субдукції. Тільки субдукцією можна пояснити, чому зараз в океанах ми не знаходимо кори більш давньої, ніж та, що утворилася в юрському періоді (150-200 мільйонів років тому).

Яскравий доказ існування субдукції – зникнення океану Тетіс, що мав в юрському періоді ширину 5 тисяч кілометрів і повністю перекритого материковими брилами при зближенні індійської платформи з брилою, що охоплює середню і північну частину Азії та Європи. Сліди субдукції зараз посилено вивчаються англійськими і французькими геологами в Каракорумі. Тут виявлені величезні блоки колишньої океанічної кори Тетіса, складені магматичними породами у вигляді пластин товщиною 15 кілометрів, що простягаються на 300 кілометрів в довжину. Вони були відірвані від дна океану і підняті на поверхню при зіткненні плит.

Кинемо погляд на складчасті пояси, що утворилися протягом останніх 150 мільйонів років і простягаються від Аляски через Скелясті гори, Антильські острови і Кордильєри Південної Америки до Антарктиди і від Нової Зеландії через хребти Нової Гвінеї, ланцюги островів Індонезії, Гімалаї, Гіндукуш, Кавказ, Загрос, Тавр і хребти Балканського півострова до Альп і гірських хребтів Південної Іспанії і Марокко. Можна переконатися, що в цій зоні відбувалося інтенсивне стиснення з утворенням складок, насувів, підсувів. Це був грандіозний процес скорочення поверхні земної кори, особливо яскраво проявився в Гімалаях, Каракорумі і Альпах.

Материкові брили, рухаючись на північ (Апулійська, Сирійсько-Аравійська, Індійська, Австралійська платформи) або на захід (Північно-Американська і Південно-Американська платформи), подібно величезним таранам, були втиснуті в більш пластичний матеріал складчастих поясів. На карті це добре видно, так як в проміжках між такими таранами утворилися ланцюги гір і островів, що як би відставали в своєму русі, прогнуті, подібно фестонам, в протилежну сторону. Це складчасті дуги Південної Греції, острова Крит, південне узбережжя Ірану, Індонезії, гірлянда Антильських островів, Південних Сандвічевих і Південних Оркнейських островів.

Правильне враження про колосальні масштаби скорочення земної кори в молодих складчастих поясах склалося вже в XIX столітті у Е. Зюсса — автора чудової книги «Лик Землі». Вивчення складчастості в більш древніх відкладеннях інших областей Землі зміцнило його висновок про те, що радіус Землі зменшується. Ідеї Зюсса в період з 1925 по 1955 рік розвивав Г. Штілле, який говорив про «поєдинок» між Індо-Африкою і Євразією — двома гігантами, що зіткнулися один з одним, і про грандіозний процес насування острівних дуг і материків оточуючих Тихий океан, на дно цього океану.

Зараз завдяки вивченню залишкової намагніченості гірських порід на материках і розшифровці віку по-різному намагнічених базальтів дна океану ми в змозі визначити масштаби скорочення земної кори в цих поясах. Вони виявляються ще більшими, ніж думав Зюсс. Як вже говорилося, на перетині, що проходить через Центральну Азію та Індостан, відбулося зближення материкових масивів не менше ніж на 5 тисяч кілометрів. На таку ж відстань віддалилися один від одного Південна Америка і Африка, причому утворення Атлантичного океану між ними відбувалося одночасно зі зникненням океану Тетіс.

Як же можна різноманітну картину переміщень брил земної кори – скорочення поверхні в одних районів, збільшення в інших – укладати в прокрустово ложе спрощених схем, які передбачають або тільки монотонне стиснення, або монотонне розширення матінки-Землі?

Подивимося тепер, які реальні факти, що дозволяють оцінити масштаби змін земного радіусу. За палеомагнітними і палеонтологічними даними можна говорити, стосовно до останніх 800 мільйонів років, лише про змінні («пульсаційні») зміни радіуса в межах декількох відсотків від величини 6370 кілометрів, відповідної сучасним розмірам.

Палеонтологічні та палеомагнітні дані узгоджуються в загальній оцінці змін радіуса Землі. Правдоподібними представляються такі цифри: якщо сучасний радіус прийняти за одиницю, то кембрійський радіус = 0,95, крейдяний = 0,99, палеогеновий = 1,01…

Зростанню радіусу з кінця пермського періоду на 5 відсотків відповідає збільшення поверхні Землі на величину, рівну приблизно відсоткам поверхні океанічних западин, складених базальтовою корою. А це означає, що стародавню (домезозойскую) кору океанів в розмірах, відповідних 80 відсоткам новоутворень кори (тобто не менше 240 мільйонів квадратних кілометрів), ми все-таки повинні «заховати» під материки і острівні дуги за допомогою великомасштабних підсувань, тобто субдукції.

Субдукція – це занурення земної кори (головним чином базальтової, характерної для дна океанів) на велику глибину в зв’язку із загальною конвекцією речовини мантії Землі.

При конвекції базальтовий матеріал океанічної кори (разом з частиною накопичених на ньому осадових порід) занурюється до глибини 70-150 кілометрів. Тут в умовах підвищених тисків і температур з цього матеріалу виплавляються більш легкоплавкі магми, які незабаром видавлюються наверх. Позбавлений цих магм, перероблений залишковий базальтовий матеріал набуває більш високу щільність і захоплюється вниз мантійним потоком. Так усувається головне заперечення проти субдукції – заперечення, що полягає в тому, що за законом Архімеда менш щільний базальтовий матеріал кори не може бути занурений під дією конвекції глибоко в мантію.

Однак великі брили материкової кори, що має гранітний шар, дійсно, не засмоктуються глибоко вниз в тих зонах, де стикаються континенти, а розколюються на окремі блоки, луски, частково нагромаджені один на одного подібно крижаним торосам і вдавлюються всією своєю масою в пластичний матеріал зім’ятих геосинкліналей.

Про скорочення радіуса Землі в епоху утворення дуже інтенсивної складчастості альпійського циклу і підняття гірських хребтів і плоскогір’їв можна судити по напруженому стану земної кори і по зміні швидкості її обертання.

Підрахунки, виконані вченими показали, що припливи в океанах і в твердому тілі Землі повинні були б давати уповільнення обертання Землі на 3,2 мілісекунди в століття. Тим часом за астрономічними спостереженнями уповільнення обертання Землі становить лише 1,6 мілісекунди за сто років. Отже, існує власна зміна швидкості обертання, протилежна приливному ефекту за своїм знаком. Це вказує на скорочення радіуса Землі, рівне приблизно 0,5 міліметра на рік. Якщо скорочення радіуса в такому темпі тривало протягом останніх десяти мільйонів років, то сумарний ефект повинен був скласти 5 кілометрів, або 0,08 відсотка радіуса Землі.

При скороченні радіуса Землі в її корі повинні виникати стискаючі напруги. Цей ефект, мабуть, і дає єдине розумне пояснення тим стискаючим напруженням, які виявлені в міцних скельних породах — гранітах, пісковиках — у багатьох шахтах, рудниках, тунелях та інших підземних виробках. Такі напруження приносять багато неприємностей гірникам. Вони викликають гірські удари – раптові обвалення стінок виробки, вибухові викиди гірських порід і т. п.

Вивчення механізму землетрусів показало, що сейсмічні поштовхи супроводжуються викидами, насувами земної кори, а це може бути пов’язано тільки з її стисненням. Вимірювання в шахтах і тунелях і дослідження механізму землетрусів свідчать про те, що стиснення переважає зараз в земній корі не тільки в молодих складчастих поясах (Альпи, Кавказ, Японія та інші райони), але і на платформах і навіть поблизу сучасних рифтових зон. Стиснення зареєстровано, наприклад, в Ісландії по обидві сторони від її центрального грабена, який становить продовження системи рифтів Серединно-Атлантичного хребта, і на слюдяних рудниках річки Мами в 200 кілометрах від Байкальської рифтової зони. Розтягнення ж охоплює зараз, мабуть, тільки вузькі зони самих рифтів.

Всі ці факти дозволяють думати, що зміни радіуса Землі, що мають змінний характер (які і припускав В. А. Обручев в своїй пульсаційній геотектонічній гіпотезі), дійсно мають місце і грають істотну роль в процесах горотворення. Хоча їх сумарний ефект, що накопичується за десятки мільйонів років, ймовірно, не призводить до відхилення радіуса Землі від середньої величини більш ніж на 5 відсотків, поперемінне стиснення і розширення Землі повинно стимулювати переміщення мас в мантії Землі і сприяти виникненню підкорових течій.

Якщо при поперемінному стисненні і розширенні в одних зонах накопичуються деформації, що свідчать про скорочення поверхні Землі, а в інших видно сліди її збільшення (утворення рифтів, грабенів), то ясно, що брили земної кори, розташовані між тими й іншими, повинні переміщатися в горизонтальному напрямку від зон розтягування до зон стиснення. Таким чином, в принципі цілком можливий синтез пульсаційної гіпотези з сучасною теорією переміщення плит.

Останнім часом в результаті надзвичайно точних гравіметричних вимірювань, виконаних в обсерваторіях Севра (поблизу Парижа), Потсдама виявилися дивовижні факти, які можуть дати поштовх до докорінного перегляду причин конвекції в мантії і руху літосферних плит. Як показали дослідження, прискорення сили тяжіння відчуває помітні зміни в часі. Ці зміни виявляють зв’язок зі змінами швидкості обертання Землі навколо своєї осі. Вже давно був відомий зв’язок поперемінних уповільнень і прискорень обертання Землі з варіаціями, що виділяється за рік сумарної енергії землетрусів, швидкістю прослизання мантії (тобто земної оболонки до глибини 2900 кілометрів) по магнітному ядру Землі, а також з варіаціями коливань полюса. Виявляється як би вузол, в якому тісно пов’язані ці явища. Вони мають пряме відношення до сучасних тектонічних процесів (сейсмічність), горизонтальним переміщенням мас в глибині Землі (прослизання оболонки по ядру) і до варіацій розмірів Землі.

Однак це – тема для іншої статті. Дослідження ще тільки починаються. Поки можна лише відзначити, що в світлі нової теорії, яка недавно запропонована В. Кануто, найбільш вірогідною причиною цих варіацій представляються флуктуації величини гравітаційної постійної в найближчих частинах космосу.

Автор: П. Кропоткін.