Давно уже было замечено, что существует неравномерное распределение суши на земном шаре и что отношение площадей, занятых океанами и материками, совпадает с отношением плотностей вещества верхних слоев коры материков и воды океанов. В. И. Вернадский писал: «Все черты строения явно указывают на какое-то глубокое явление, на неслучайность распределения суши и моря».
Непосредственное отношение к рассматриваемым закономерностям имеют вопросы о причинах и процессах, определяющих как высоту материков над уровнем воды в океане, так и глубину залегания океанического дна. Сюда же относятся вопросы об особенностях плавания коры материков и коры океанов на веществе мантии, когда по условия изостазии должно существовать и равномерное распределение вещества по поверхности земного шара и равновесие между весом океанов и весом той части материков, которая находится над их дном. Не менее важно понять причины, обеспечивающие постоянство соотношения поверхностей суши океанов в условиях интенсивной денудации материков и накопления осадочных пород на дне океана.
Важным для понимания закономерностей в соотношении суши и океана является прежде всего понимание причин, определяющих высоту материков и глубину океанов.
Гипотеза изостатического выравнивания, по которой кора из легких пород плавает на способном к горизонтальным перемещениям веществе верхней мантии, убедительно объясняет эти особенности рельефа. Чем больше мощность коры и чем меньше плотность ее вещества, тем выше ее внешняя поверхность над средним уровнем поверхности мантии, на которой плавает кора, а также над или под уровнем воды в океане.
Глубина дна океана целиком определяется мощностью коры и ее плотностью. Чем тоньше кора и чем плотнее вещество, ее слагающее, тем глубже дно океана. Наибольшая глубина его дна была бы при полном отсутствии коры океана. В этом случае место коры занял бы добавочный слой вещества мантии. Дно океана при этом опустилось бы на столько, на сколько меньший слой вещества мантии создавал бы вес коры. Так, если плотность вещества коры океана меньше плотности вещества мантии на 0,5 г/см3, то вместо семикилометровой коры тот же вес имел бы слой мантии толщиной около 6 км и, следовательно, дно океана стало бы ниже на ~1 км. При том же объеме воды и площади океана его глубина осталась бы прежней, увеличилась бы только средняя высота материков над уровнем воды в океане. Существуют также причины, определяющие максимальную высоту материков над уровнем океана. Поэтому нет ни горных областей, ни даже отдельных вершин высотой более 10 км. Это определяется пределом ползучести вещества материковой коры, превышение которого ведет к разрушению нижних слоев горной местности под его собственным весом. Вероятно, и интенсивность эрозии, которая быстро возрастает с высотой, является причиной, ограничивающей высоту горных областей.
В условиях непрерывной денудации материковой коры длительное ее существование обусловлено, как уже было показано, процессами круговорота вещества коры и верхней мантии. Эти процессы, однако, не имеют прямого отношения к соотношению поверхностей суши и океана. Они обеспечивают изменение плотности, физических и химических свойств пород земной коры и этим поддерживают, но не определяют существующее соотношение поверхностей материков и океана. Само это соотношение определяется особого рода равновесием между весом, постоянно изменяющихся под влиянием эрозии двух геологических глобальных структур — материков и Мирового океана, — отличающихся противоположными гравитационными аномалиями.
Мировой океан, заполненный водой, представляет собой единое, но весьма подвижное геологическое тело, которое чутко реагирует на нарушение изостазии между океаном и материками.
В настоящее время суша, общая площадь которой равна 1,49∙108 км2, возвышается над дном океана на 4675 м, а слой воды в океане имеет глубину 3,8 км. При площади океана 3,61∙108 км2 и плотности воды 1,03 Г/см3 вес воды в океане равен 1,41∙1018 т, тогда как вес суши, объем которой над дном океана составляет 700∙108 км3, при плотности 2,8 г/см3, достигает 1,88∙1018га, что на 33% больше, чем вес воды в океане. Чтобы вес суши совпал с весом воды океана, надо допустить, что плотность твердого вещества равна 2 г/см3, что совершенно неприемлемо.
Если же допустить, что кора суши мощностью 3,8 км теряет в весе столько, сколько весит вытесненная вода, то в этом случае вес возвышающейся над дном океана части материков будет равен:
где у — плотность твердого вещества суши.
Расчет показывает, что рассматриваемая часть материков при плотности у, равной 2,86 г/см3, имела бы вес воды в океане.
Такая плотность вещества материков в качестве средней величины допускается, но чаще, например при гравиметрических расчетах, ее значение принимают равным 2,67 г/см3. При такой плотности вещества вес выступающей части материков был бы равен 1,28•1018 т, или на 10% меньше, чем весит вода в океане.
Можно несколько иначе проверить допущение о равновесии между океаном и материками. Вероятно, до появления воды на поверхности Земли на ней не было ни океанических впадин, ни заметных возвышенностей. С появлением воды, например при извержениях вулканов, возникли возвышенности и, следовательно, появился круговорот воды, в том числе глубинной, проникающей сквозь возвышенности и восходящей в низменностях.
С развиваемых в этой книге позиций, только такой круговорот способен изменять плотность вещества коры, уменьшая ее в горных областях и увеличивая в областях разгрузки. По мере увеличения количества воды образовался океан, увеличилась его глубина и появились материки с мощной корой и океаны, кора которых в среднем в пять раз тоньше материковой. Поэтому, если, чисто умозрительно, убрать из океанов всю воду, то после изостатического выравнивания на земной поверхности (над уровнем дна океана) останутся те возвышенные материковые образования, которые появились за время формирования океана и которые находились с ним в равновесии.
Но если бы вода океанов была полностью удалена, то под материками обнаружился бы большой избыток вещества верхней мантии, который уравновешивал вес слоя воды в океане. Этот слой имел бы различную мощность в зависимости от плотности вещества мантии и, например, при плотности 3,5 г/см3 его толщина была бы равна 3800∙1,03 : 3,5 = 1120 м. Его объем составил бы 1,67∙108 км3, который при равномерном изостатическом распределении по всей земной поверхности создал бы слой мощностью 327 м. Материки от этого снизились бы на 793 м, а дно океанов поднялось бы на 327 м. Новая высота материков над прежним уровнем воды в океане стала бы равна 82 м, а новая глубина дна океана уменьшилась бы до 3473 м. Общее возвышение среднего уровня материков над дном океана стало бы равно 3555 м вместо существующих в действительности 4675 м.
При такой мощности возвышающейся части материков она имела бы вес, равный весу воды в океане при плотности 2,65 г/см3.
Такая плотность вещества коры верхней части материков представляется приемлемой, так же как и полученная выше и равная 2,86 г!см3, однако, поскольку она получена в предположении, что плотность вещества мантии равна 3,5 г/см3, следует проверить, как расчетная плотность коры зависит от принятой плотности мантии. В табл. 36 приведены соответствующие данные, полученные по расчету равновесия той части суши, которая остается над дном океана после удаления воды и изостатического выравнивания с весом воды океана. Расчеты сделаны при допущении, что плотность мантии могла быть в пределах 3,0—3,5 г/см3.
Из данных, приведенных в табл. 36, можно видеть, что изменение расчетной плотности вещества коры суши в принятых пределах плотности вещества мантии невелико и лежит в области приемлемых значений. К таковым, судя по литературным данным, можно для вещества коры материков в качестве среднего значения принять величину 2,8—3,0 г/см3.
Более резко сказывается значение принятой плотности мантии на различии плотностей мантии и коры и достигает 0,85 г, см3 при плотности 3,5 г/см3. Такое различие существенно превышает более приемлемое значение, которым считается величина, близкая к 0,5 г/см3.
Данные, приведенные в табл. 36, показывают также, что выступающая над дном океана часть материков находится в равновесии с весом воды в океане, а следовательно, существующее соотношение между весом материков и океанов является устойчивым. Оно возникло в результате длительного формирования разновидностей земной коры. Пока вес возвышающейся части суши меньше веса воды в океане, материки растут, но растут до тех пор, пока их вес меньше веса океанической воды. При этом континенты, плавающие, как и кора океанов, на веществе мантии, находятся в изостатическом равновесии, в котором большую роль играет различие плотности вещества мантии и разновидностей коры.
Как видно из рис. 8, в этом случае в равновесии находятся кора материков со средней мощностью 37,875 км и кора океанов средней мощностью 7 км, с находящейся на ней водой океана, глубина которого равна 3,8 км. Если нижней границей изостатического равновесия этих структур принять основание коры материков, то со стороны океанической коры в равновесии участвует еще слой мантии мощностью 26,2 км.
Из всех участников равновесия только для воды известна плотность. Составив уравнение
его можно решить, приняв, что плотность коры материков меньше плотности мантии на величину, близкую к 0,5 г/см3, что плотность вещества мантии равна 3,3—3,5 г/см3 и что плотность коры океанов может быть близка к плотности коры материков.
Если, например, принять, что плотности разновидностей коры одинаковы и меньше плотности мантии на 0,4 г/см3, то их значения по вышеприведенному уравнению будут равны для мантии 3,48 г/см3, а для коры 3,08 г/см3. Для случаев, когда принимаемая плотность коры океана меньше плотности коры материков на 0,1 или 0,2 г/см3, расчетные плотности перемещаются в область меньших значений, а для случаев, когда плотность коры океанов принимается более высокой, чем для коры суши, расчетные значения, как видно из табл. 37, повышаются.
Из данных табл. 37 можно сделать вывод, что к наиболее приемлемым относятся те расчетные значения, которые получаются, если считать кору океанов менее плотной. Это, по-видимому, возможно потому, что доля осадочных пород в тонкой коре океанов больше, чем в мощной коре материков. К такому выводу пришла недавно Р. М. Деменицкая. Более обоснованно можно судить о вероятных значениях плотности вещества земной коры и мантии по рис. 35, построенного по данным табл. 36 (линии 1 и 2) и табл. 37.
Как видно из графика, зависимости между плотностями для этих случаев оказываются обратными и линии, их выражающие, пересекаются, что позволяет более уверенно выбирать наиболее вероятные значения плотностей и для коры и для верхней мантии. Точки пересечения линии 1 на графике отвечают значениям плотности для коры в пределах 2,75—2,77 г/см3, а для мантии в пределах 3,09—3,15 г/см3. Эти значения несколько ниже, чем принятые в геологии. Но если при расчете значений, приведенных в табл. 36, учитывать, что материки, вернее та их часть, которая, возвышаясь над дном, теряет в весе вес вытесненной воды, то линия 1 перемещается на место линии 2, В этом случае вероятные равновесные значения плотности коры находятся в пределах 2,83—2,85 г/см3, а плотности мантии — в пределах 3,18—3,24 г/см3, что более приемлемо.
Дальнейшие исследования проблемы образования коры материков и коры океанов, проблемы состава и строения верхней мантии, точный учет роли гравитационных аномалий и других факторов, определяющих соотношение между материками и океанами, безусловно внесут соответствующие уточнения, но не опровергнут вывода о равновесии между ними.
Остается не совсем ясным вопрос о том, почему отношение между площадями суши и океана равно 2,42, что как будто совпадает с отношением плотности воды и пород.
Представляется, что в причины, определяющие это соотношение, входят специфические особенности плавания коры океанов и материков на подкоровом веществе. Они состоят в том, что кора этих глобальных структур плавает на более тяжелом веществе мантии не так, как плавают льдины различной толщины на воде (рис. 36), когда каждая отдельная льдина возвышается над поверхностью воды тем больше, чем больше ее толщина, и, будучи автономной, при уменьшении ее толщины будет всплывать, не вызывая погружения или подъема других льдин.
В отличие от свободного, автономного плавания айсбергов кора материков и океанов плавает на мантии в условиях, когда совершенно отсутствует свободная поверхность мантии (рис.36, б) — она полностью покрыта корой материков (29%) и корой океанов (71%). Мощная кора материков, погруженная в вещество верхней мантии, плавает на нем и вытесняет его под кору океанов. Поэтому всякое изменение глубины погружения материков обязательно вызывает всплывание коры океанов и, наоборот, всякое погружение коры океанов обязательно сопровождается подъемом коры материков, ибо вытесняемое вещество мантии при погружении одной коры уходит под другую и поднимает ее. Так как объем вещества мантии при таких движениях не изменяется, то высоты связанных между собой противоположных вертикальных движений материков и океана обратно пропорциональны площадям их оснований.
При существующих соотношениях площадей материков и океанов коэффициент пропорциональности равен 2,42.
Дело здесь, по-видимому, в том, что в строгом равновесии находится вес одинакового слоя воды и самого верхнего, подвергаемого постоянной эрозии, слоя суши, где плотность пород наименьшая и лежит в пределах 2,3—2,5 г/см3.
Важным в вопросе о соотношении поверхностей суши и океана, является, конечно, не само число 2,42, а принципиальное положение о самом равновесии двух глобальных структур. В. И. Вернадский, оспаривая точность определения соотношения, писал: «в этом утверждении есть недоказанные предпосылки — такова предпосылка об Антарктиде как сплошном континенте (около 9,3 % суши); возможно что большая, чем это предполагают, часть ее площади окажется принадлежащей морю. Точно так же, обратно, суша, может быть, занимает большее пространство в северных приполярных странах, чем это допускает Коссинна. Возможно, что будет число 2,5, а не 2,4».
Постоянство соотношения поверхностей суши океана опровергает существовавшее еще недавно представление о том, что в прошлом вся поверхность нашей планеты была покрыта водой — «панта-лассой» Э. Зюса. Оно противоречит и выдвигаемому теперь представлению о том, что после ушедшей в прошлое эпохи гранитизации, когда вся поверхность Земли в результате дифференциации вещества мантии была покрыта материковой корой, наступила эпоха гомогенизации, когда материковая кора поглощается мантией и на месте материков образуются океанические просторы. Существующие материки, якобы, вскоре последуют за теми, которых уже нет.
Постоянство соотношения суши и океана, конечно, нельзя согласовать с утверждениями о молодости океана, одним из, якобы, убедительных доказательств которой обычно приводятся сведения о молодости пород, поднятых со дна океана в самых разных местах.
Но молодой возраст пород дна говорит только в пользу длительного существования океана, он доказывает постоянное погружение пород дна на всей поверхности Мирового океана. Круговорот твердого вещества постоянно обновляет и омолаживает поверхностные породы океанического дна и, наоборот, выводит на поверхность материков все более древние породы, которые длительное время находились в глубинах мантии на пути от места их погружения в океане до выхода на поверхность.
В. И. Вернадский, как никто другой глубоко и всесторонне изучавший проблему природных вод, пришел к убеждению, что «Преобладание площади океанов над площадью суши должно было существовать неизменно в течение всего геологического времени». «Вес океанов приблизительно равен весу суши до глубины 3,8 км».
Таким образом, учет роли и значения процессов взаимодействия гидросферы и литосферы позволяет понять образование разновидностей земной коры, соотношение их площадей, асимметрию размещения и возможность дрейфа материков.
—Источник—
Григорьев, С.М. Роль воды в образовании земной коры/ С.М. Григорьев.- М.: Недра, 1971.- 264 с.
Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава
