Рис. 14. Обнажение горных пород в современной складчатой зоне (Памир). Хорошо видны складки, в которые собраны пласты.
Но не только тектонические нарушения в пластах отличают складчатую зону. Сами породы здесь изменены настолько, что порою трудно представить себе, какими они были прежде. Вместо известняка возникает мрамор, вместо песчаника — кварцит, вместо плотной глины — кристаллический сланец и т. д. В этом сказываются так называемые процессы «метаморфизма» (изменения). Они состоят в воздействии на породы высокой температуры и высокого давления — как от веса пород, лежащих над данной точкой, так и от тектонических сил. В итоге породы перекристаллизовываются, приобретают иную структуру, в них появляются новые минералы, и от прежнего облика не остается почти ничего. Таковы породы, которые именуются метаморфическими; они широко распространены в пределах складчатых зон.
Еще одна особенность складчатых зон — обилие изверженных пород. Вулканические явления здесь крайне разнообразны. Обширные внедрения кислой или основной магмы в толщу осадочных пород, которые после застывания магмы превращаются в огромные погребенные кристаллические тела — «батолиты»; внедрения, застывающие ближе к поверхности и дающие грибообразные формы — «лакколиты»; разнообразные жилы, межпластовые внедрения магмы, небольшие по размерам «штоки» и т. д., вплоть до обыкновенных вулканов и подводных извержений — таковы бесчисленные по разнообразию и масштабам формы проявления вулканических сил, приводящие к накоплению в толще коры массивов изверженных пород. Взаимодействие между изверженными породами и осадочными представляет объект геологических исследований, так как в контакте между теми и другими нередко появляются важные полезные ископаемые.
Характеристика складчатой зоны должна быть дополнена тем, что период оживления тектонических движений заканчивается, как правило, общим осушением данного участка геосинклинали, поднятием его и образованием высоких гор. Параллельно с этим в области развивающейся складчатой зоны проявляется множество землетрясений.
Итак, после длительного этапа геосинклинального развития начинают проявляться тектонические движения большой интенсивности как колебательные, так и складкообразовательные; возникают многочисленные складки и разрывы в толще накопившихся ранее пород, отмечается интенсивная вулканическая и сейсмическая деятельность; повсеместно проявляются процессы метаморфизма, и, наконец, формируются горы. Геосинклиналь, таким образом, превращается в складчатую зону.
В дальнейшем все описанные выше процессы затухают, и горы, подвергаясь длительному воздействию различных внешних агентов — рек, ветра, солнечных лучей, мороза и т. п., — разрушаются, сглаживаются и постепенно исчезают, уступая место плоской равнине. Следовательно, на месте прежней геосинклинали возникает платформа. Геосинклиналь через стадию складчатой зоны переходит в платформу.
Разумеется, геосинклинали, складчатые зоны и платформы могут быть разного возраста. Так, в Норвегии геосинклинальный режим прекратился еще в начале палеозойской эры (в силурийском периоде). Урал в течение всего палеозоя представлял собой геосинклиналь; в конце палеозойской эры здесь с большой интенсивностью проявлялись тектонические движения, и, наконец, с середины мезозойской эры на месте Урала образовалась устойчивая малоподвижная платформа. На Кавказе геосинклинальный режим сохранялся дольше, до конца мезозойской эры; сейчас Кавказ — типичная складчатая зона, находящаяся в процессе интенсивного развития. Пройдет несколько миллионов лет, процессы внутреннего происхождения затихнут, и Кавказ начнет превращаться в платформу. Русская платформа тоже когда-то (очень давно, еще до палеозоя) переживала эпоху чрезвычайно сильных движений, с обильными внедрениями изверженных пород и сильнейшей метаморфизацией всех толщ, а к началу палеозойской эры здесь почти всюду оформился уже платформенный режим. Следы бурных революций прошлого мы видим в тех породах — метаморфических и изверженных, которые вскрываются под палеозойским осадочным покровом в тех или иных местах на Русской платформе — в Карелии, на Украине и т. д.
9. Источники энергии тектонических движений
Все вышеизложенное ставит перед нами вопрос об источниках тектонической энергии.
Каковы причины тектонических движений? Какие процессы рождают в Земле такие силы, которые способны деформировать земную кору и воздвигать горы, создавать вулканы и сотрясать огромные площади при землетрясениях? Вопрос этот очень труден. Окончательного ответа на него у нас пока нет. Но ряд соображений имеется, и в этом отношении советская геологическая наука сделала уже много.
Старинная гипотеза о «контракции» земного шара давно уже не считается правильной. «Контракция» — это сокращение в объеме, которое вызывается, как полагали, остыванием Земли. В. А. Магницкий недавно показал, что это гипотетическое остывание может оказаться реальным лишь в самых малых размерах; так, с начала кембрийского периода на глубине около 100 км понижение температуры составило всего лишь 45°, чего для гипотезы контракции совершенно недостаточно. Контракция не может объяснить периодичности в проявлении тектонических движений, а также того обстоятельства, что тектонические движения проявляются не повсеместно, а избирательно, захватывая главным образом геосинклинальные участки. Я уже не говорю о том, что вообще нет оснований полагать, что Земля охлаждается. Скорее, наоборот: в ее недрах сохраняется такой запас радиоактивных веществ, что она способна еще в течение длительного времени накапливать тепло и разогреваться.
Что же приходит на смену гипотезе о контракции?
Некоторое время тому назад была очень популярна гипотеза немецкого ученого А. Вегенера, гипотеза о горизонтальных перемещениях материков. А. Вегенер полагал, что легкие сиалические глыбы материков под влиянием сил, возникающих в земной коре при вращении Земли вокруг своей оси, смещаются, передвигаясь по тяжелому и пластичному слою «сима». Предполагалось, что когда-то единый материк раскололся и отдельные его части расползлись по поверхности Земли: Северная и Южная Америка отошли от Европы и Африки на запад, а на месте «рубца» возник Атлантический океан, Австралия отошла от Африки на восток, пересекла место, занимаемое Индийским океаном, и повернулась на 90°, заняв свое нынешнее положение, и т. д.
Теперь приходится отметить, что множество фактов геологического порядка противоречит гипотезе Вегенера; поэтому большинством советских геологов она не разделяется. Проверка, выполненная с помощью астрономических и геодезических методов, не обнаружила фактов, которые могли бы подтвердить реальность перемещений материков в том виде, как о них говорил А. Вегенер.
В несколько ином положении оказывается другая гипотеза, именно гипотеза «изостазии». Изостазия — стремление земной коры к равновесию. Предполагается, что относительно легкие массы, «сиаль», погруженные в относительно тяжелые породы фундамента «сима», как бы плавают на последних, подчиняясь обычным закономерностям, вытекающим из закона Архимеда: лишняя нагрузка ведет к погружению, снятие нагрузки — к поднятию. Некоторые ученые, особенно американский геодезист В. Боуи, пытались использовать изостазию в качестве фактора тектонического значения, т. е. приписать изостазии роль возбудителя тектонических движений, видеть в ней возможную причину возникновения гор. Попытка эта успехом не увенчалась.
Изостазия, как определенный физический процесс, без сомнения, реальна; стремление к изостатическому равновесию в земной коре существует, и тому есть много доказательств. Изостазия, в частности, ставит предел высоте известных на Земле гор и глубине впадин; изостазия регулирует поведение аномалий (т. е. отклонений от нормального значения) силы тяжести и т. п. Но из всего этого отнюдь не следует, что изостазия способна играть роль инициатора в возбуждении тектонических движений. Наоборот, она стремится их погасить; она «вступает в игру» только в том случае, если равновесие нарушено какими-то более мощными и глубоко заложенными силами, стремясь восстановить прежнее равновесие. Изостазия играет свою роль, но роль достаточно скромную, отнюдь не решающую в вопросах развития земной коры.