Ученые во все века стремились осмыслить геологические явления. Об этом свидетельствуют интуитивные обобщения древних натуралистов, первые космогонические гипотезы и более стройные научные геологические концепции.

По- мере проведения геологических исследований, развития научно-технического прогресса в геологии появлялись новые фактические данные. Но чем больше ученые изучали поверхность Земли, чем глубже пытались проникнуть в ее недра, тем больше в наших представлениях становилась доля гипотез. Земля еще хранит множество загадок. В связи с этим в настоящее время еще не создана единая общая теория Земли.

На рубеже XIX—XX вв. наиболее популярной была контракционная гипотеза. В XX в. широкое распространение получили идея мобилизма — дрейфа материков, гипотеза расширяющейся Земли и пульсационная гипотеза. В 60-е—70-е годы сформировалась и бурно развивалась мобилистская концепция новой глобальной тектоники, или тектоники плит. В основе ее лежат представления об образовании океанических впадин вследствие перемещения крупных твердых литосферных плит по размягченной астеносфере. Этой концепции противостоят взгляды «фиксистов» о неизменном положении материков и образовании океанов за счет материков.

Гипотеза дрейфа материков

Ученые давно обратили внимание на загадочное географическое явление — совпадение очертаний противоположных берегов Атлантического океана: Южной Америки и западного побережья Африки. В середине XIX в. итальянский ученый А. Сни-дер (Пеллегрини) высказал идею, что Северная и Южная Америка в прошлом составляли единое целое с Европой и Азией. Впоследствии они откололись и переместились относительно друг друга. В 1877 г. подобные идеи выдвинул русский любитель-астроном Е. В. Бы-ханов.

Наиболее полно гипотезу дрейфа материков развил в 1912 г. известный немецкий геофизик Альфред Вегенер. Он опирался на сумму геологических и палеогеографических данных. А. Вегенер обратил внимание на то, что на гипсографической кривой земного шара поверхность континентов и океанического дна представляется в качестве различных ступеней в рельефе Земли (см, рис. 1). Это привело его к выводу об отсутствии гранитного слоя в составе океанической коры. Породы гранитного слоя имеют меньший удельный вес, чем породы базальтового слоя. Поэтому А. Вегенер, опираясь на гипотезу нзостазии, предположил, что континенты, сложенные более легким гранитным материалом, плавают, словно айсберги, на подстилающих их более тяжелых породах базальтового слоя.

Согласно представлениям А. Вегенера вся поверхность Земли первоначально была покрыта сплошным тонким гранитным слоем. В палеозойскую эру весь гранитный материал собрался в один блок. Образовался единый праматерик Пангея (греч. «пан» — всеобщий, «ге» — земля). Он возвышался над уровнем окружавшего его безбрежного океана. Причиной этого могло явиться воздействие приливных и центробежных сил. Приливные силы связаны с притяжением Солнца и Луны; они действуют на земной поверхности с востока на запад. Центробежные силы вызваны вращением Земли и направлены от полюсов к экватору. В середине мезозойской эры Пангея начала раскалываться на отдельные крупные глыбы — континенты. Под влиянием тех же рил они стали отплывать друг от друга в широтном направлении. Например, Америка откололась от Европы и Африки и продвинулась на запад. В промежутке между ними возник Атлантический океан (рис. 27). Южная Америка и Африка в своем движении испытали поворот по часовой стрелке. В результате перемещения Антарктиды к югу, Австралии к юго-востоку, а Индостана к северо-востоку между ними образовался Индийский океан. Таким образом, в гипотезе Вегенера Атлантический и Индийский океаны рассматриваются как вторичные, а Тихий океан—как остаток первичного океана. Площадь его последовательно уменьшалась в результате надвигания на него со всех сторон материков.

В 1910 г. американский ученый Ф. Тейлор высказал идею, что причиной образования Альпийско-Гималайского складчатого пояса является столкновение континентов. А. Вегенер использовал эту идею. Он считал, что передние края движущихся материков испытывали на своем пути сопротивление пород базальтового слоя. Вследствие этого они сминались в складки. Так, вдоль переднего края Северной и Южной Америки образовалась система Кордильер и Анд. Вследствие надвигания Индостана на Азию возникли Гималаи. При продвижении Австралии на восток на ее переднем крае сформировались Ново-Гвинейские горы. По А. Вегенеру, материки Южного полушария первоначально объединялись в один огромный сверхконтинент. В начале XX в. Э. Зюсс назвал этот сверхконтинент Гондваной (гонды — племя, населявшее Индостан; Вана — страна в Индии). Многие ученые считают, что в состав Гондваны входили и обширные зоны, ныне покоящиеся на дне Атлантического и Индийского океанов. Они погрузились по линиям глубинных разломов.

Гипотеза А. Вегенера имела много противников и в 30-е годы была предана забвению, так как ее считали слабо обоснованной.

Гипотеза расширения Земли

Возможность расширения Земли частично допускалась М. В. Ломоносовым, Д. Геттоном и др. Впервые эту идею описал, по-видимому, в 1889 г. И. О. Ярковский. В 1949 г. гипотезу расширения Земли выдвинул советский ученый И. В. Кириллов и в 1957 г. венгерский геофизик Л. Эдьед. В 50-е годы XX в. ее разрабатывали О. Хильгенберг и П. Дирак, а в СССР

В.            Б. Нейман и др. Сторонники гипотезы предполагают, что объем земного шара первоначально был намного меньшим, чем сейчас. Радиус Земли составлял 3500— 4000 км, а ее поверхность была вдвое меньше современной. Океанов еще не существовало. Материковая кора покрывала сплошной оболочкой весь земной шар. По мнению одних исследователей, расширение Земли началось с конца палеозойской эры. Другие считают, что это произошло в меловом периоде. С этого момента радиус Земли стал увеличиваться ежегодно приблизительно на 0,6 мм. Вследствие расширения первоначально единая материковая кора растрескалась. Образовались отдельные континенты, они все дальше и дальше отодвигались друг от друга по мере дальнейшего расширения Земли. В промежутках между материками обнажался подкоровый слой. Сюда проникало поднимавшееся снизу мантийное вещество, образуя новую кору океанического типа.

Быстрое расширение земного шара объясняется сторонниками гипотезы по-разному. Одни связывают это с уменьшением во времени гравитационной постоянной и, следовательно, силы тяжести. Другие, например И. В. Кириллов, указывают на возрастание массы Земли в процессе постепенного перехода глубинного вещества от более плотных фаз к менее плотным. Высказывается предположение, что в ядре плотность вещества соответствует первоначальным давлениям, какие сейчас в Земле не наблюдаются. Поэтому в недрах Земли непрерывно происходит процесс разуплотнения вещества с увеличением его объема. По данной гипотезе средняя плотность Земли до расширения достигала 15,5 г/см3, а ускорение силы тяжести на поверхности Земли вдвое превышало современное.

Гипотеза расширения Земли вызывает ряд возражений. Сторонники передвижения континентов указывают, что на земной поверхности преобладает меридиональная ориентировка срединно-океанических хребтов. Благодаря этому океаническая кора нарастает в широтном направлении значительно быстрее, чем в меридиональном. Поэтому причиной разрастания не может быть общее расширение Земли. Иначе оно происходило бы с разной скоростью в разных направлениях и Земля потеряла бы свою сферическую форму. В. В. Белоусов отвергает идею о том, что вещество внутри Земли постепенно становилось все менее плотным. Другим возражением гипотезе расширения Земли является существование складчатых деформаций и надвигов, возникающих в земной коре в обстановке сжатия.

Пульсационная гипотеза

В начале XX в. была высказана идея о том, что эпохи расширения Земли сменяются эпохами ее сжатия. Позднее эта гипотеза, получившая название «пульсационной», была развита американским геологом В. Бэчером и советскими академиками В. А. Обручевым и М. А. Усовым. Пульсационная гипотеза исходит из абсолютного преобладания вертикальных движений. Однако В. А. Обручев указывал, что она предполагает в конечном итоге перемещение континентов. Это перемещение должно происходить от зон растяжения к зонам сжатия.

Идею о чередовании процессов растяжения и сжатия развивают некоторые современные последователи пульсационной гипотезы.

По их представлениям, эпохам сжатия соответствуют горообразовательные фазы, эпохам расширения — периоды покоя и прогибания бассейнов. Растяжение земной коры сосредоточено главным образом в рифтовых зонах. Оно компенсируется сжатием коры в области глубоководных желобов и горноскладчатых систем. Эффекты сжатия и растяжения распределяются неравномерно на поверхности Земли. Вследствие многократного попеременного сжатия и растяжения происходит дрейф глыб земной коры от зон растяжения к зонам сжатия. Так, например, происходит движение Сирийско-Аравийской плиты от грабенов Красного моря и Аденского залива в сторону складчатых хребтов Тавра, Загроса и Кавказа.

Ряд сторонников пульсационной гипотезы считают, что процесс сокращения объема Земли и сжатия земной коры преобладает над ее расширением, особенно в настоящую эпоху.

В последние годы произведены непосредственные измерения напряженного состояния горных пород в шахтах, штольнях и котлованах. Подобные исследования проводились в Скандинавии и СССР; в тоннеле под Монбланом, в Канаде, Египте, Малайзии, Иране и других регионах. Оказалось, что уже на небольшой глубине горные породы находятся под действием сильнейших горизонтальных усилий. Причем они значительно — на 100—-500 кг/см2 — превышают те давления, которые предполагались на соответствующих глубинах расчетным путем.

Шведский геофизик Н. Хает проанализировал горные давления в гранитном слое различных районов Швеции, Финляндии, Норвегии. Здесь гранитный слой выступает на поверхность. Сумма напряжений по двум взаимно перпендикулярным горизонтальным осям обычно уже у поверхности составляет 180 кг/см2. Это вместо нулевого значения, которое можно было бы ожидать в связи с отсутствием нагрузки. На глубине 400 м это давление таково, каким оно должно быть по расчетам лишь на глубине 1 км. А давление, рассчитанное для глубины 400 м, на самом деле господствует уже на глубине 30—50 м. В СССР аналогичные результаты были получены при измерениях горизонтальных напряжений на Кольском полуострове, в Саянах и Средней Азии.

Это позволило Н. Хасту и П. Н. Кропоткину сделать вывод, что в нынешнюю эпоху земная кора в самых различных геологических условиях — в альпийской складчатой области, на платформах и в таких районах, как Исландия, где предполагают растяжение, охвачена боковым сжатием. Оно связано с сокращением радиуса Земли.

По мнению сторонников пульсационной гипотезы, в пользу прогрессирующего уменьшения радиуса Земли свидетельствует ряд геологических факторов. К ним относится, в частности, преобладание опусканий над поднятиями в истории Земли, существование планетарных эпох складчатости и господства напряжений сжатия в очагах землетрясений под складчатыми горными сооружениями.

На существование попеременных изменений радиуса Земли указывает ряд астрономических факторов, например изменение угловой скорости вращения Земли вокруг своей оси. Оно устанавливается по изменениям продолжительности суток. На колебания радиуса Земли в пределах 10% на протяжении последних 500 млн. лет указывают также данные палеомагнетизма.

Причины пульсаций остаются неясными. М. А. Усов связывает их с космическими факторами. В. А. Обручев объясняет расширение Земли переходом магматических пород из твердого состояния в жидкое под воздействием радиоактивного тепла или уменьшения давления после прекращения сжатия. А причину сжатия он видит в интенсивном выделении тепла в эпохи расширения благодаря выносу его лавами, газами, парами и горячими источниками.