Из всех отделов физической географии отдел о формах земной поверхности (геоморфология) является важнейшим, так как формы рельефа более, чем какие-либо другие факторы, определяют особенности ландшафта. Высоко поднимающиеся горные хребты обусловливают обособление вертикальных климатических, а вместе с тем и ландшафтных поясов или же часто являются резко выраженной границей климатически различных районов. Рельеф местности определяет собой направление водотоков и места скопления поверхностных стоячих вод.
Рельеф же является той канвой, на которую накладываются столь изменчивые от места к месту почвенный и растительный покровы.
Формы земной поверхности можно классифицировать с трех точек зрения: I. По внешнему виду. II. С точки зрения большей или меньшей высоты над уровнем моря. III. По происхождению, или генезису. Последняя классификация является наиболее важной, так как она не только дает характеристику отдельных форм, но указывает также их родственные отношения друг к другу и направление их дальнейшего развития. Само собой разумеется, что эта генетическая классификация форм земной поверхности могла развиться только после того, как с середины прошлого столетия идеи эволюции (постепенного развития) проникли в науку о земле.
I. Первая классификация, основанная на внешнем виде, существует с древнейших времен. Неудобство ее состоит в том, что до сих пор для определения той или другой формы земной поверхности пользуются названиями обыденными, применяемыми обычно только в данной стране, и не существует ещэ общепринятых научных терминов. Кроме того, формы, внешне сходные, могут резко различаться по своему происхождению, внутреннему строению и по направлению своего дальнейшего развития.
По чисто внешней (морфографической) классификации можно установить две основные группы форм земной поверхности.
1) Равнины, отличающиеся тем, что в них высоты соседних точек очень мало разнятся друг от друга. Поверхность равнин считают горизонтальной, хотя, строго говоря, идеальной горизонтальной плоскостью можно назвать только поверхность моря, притом не взволнованного. Большей же частью равнины являются наклоненными в какую-нибудь сторону. Иногда наклон этот бывает так незначителен, что его нельзя определить на глаз, и он определяется лишь направлением течения рек. Последний признак, однако, не вполне надежный, так как иногда бывает, что река течет в направлении, обратном общему уклону местности.
Часто в такой равнине наблюдается небольшая волнистость, но если глядеть на нее со значительной высоты, например с высоты птичьего полета, то поверхность представляется совершенно ровной. Главным отличительным признаком равнины является то, что для наблюдателя, находящегося на ней, горизонт ничем не загорожен, он не прерывается. Вследствие отсутствия или, вернее, слабости сноса (денудации) поверхность равнины бывает обыкновенно сложена рыхлыми образованиями, возникшими на месте в результате выветривания горных пород (кора выветривания) или принесенных извне (различного рода наносы); коренные породы здесь редко выходят на поверхность.
2) Ко второй категории относятся такие местности, где разности высот соседних точек поверхности могут достигать весьма значительной величины, - местности пересеченные, или расчлененные. По масштабу колебаний высот можно различать местности гористые и холмистые. Рельеф пересеченной местности слагается из сочетания элементарных форм, среди которых выделяются формы положительные (выпуклые-поднятия поверхности) и отрицательные (вогнутые - понижения поверхности).
Элементарными положительными формами местности с пересеченным рельефом являются: а) гора, б) вершина, в) горная, гряда, или цепь, г) увал, д) ступень.
а) Горой называется возвышенность сравнительно небольшого горизонтального протяжения, поднимающаяся среди более или менее ровной местности и обладающая ясно со всех сторон выраженным подножием (подошвой). Горами в этом смысле могут быть названы, например, отдельные вулканические возвышенности района северокавказских минеральных вод (Пятигорье), поднимающиеся среди полого наклонного к северо-востоку плато. Если изолированные возвышенности встречаются группами на небольшом сравнительно расстоянии друг от друга и представляют уцелевшие от денудации останцы некогда более высокой страны, тогда говорят о ландшафте островных гор. Такие ландшафты широко распространены в Африке, некоторых местностях Южной Америки и т. д.
б) Если отдельные возвышенности не разделены ровными пространствами, а непосредственно сливаются друг с другом нижними частями, образуя общий возвышенный фундамент, тогда мы имеем горную страну, или горное поднятие. В этом случае отдельные наиболее высокие пункты лучше называть не горами, а вершинами.
в) В горных поднятиях вершины нередко располагаются рядами, образуя своими слившимися основаниями линейно-вытянутые возвышенности, вдоль которых насажены отдельные вершины, разделенные понижениями - седловинами перевалов. Такие линейно-вытянутые (чаще всего в направлении общего простирания) возвышенности называются горными хребтами, или горными цепями. Комплекс хребтов одной горной страны называют горной системой.
г) Возвышенность без ясно выраженной подошвы, с постепенным и незаметным переходом от склонов к равнине, называют увалом.
д) Возвышенность с подошвой в виде ясно выраженного перелома поверхности с одной стороны - уступ, или ступень (пример: южный обрыв Заунгузского, или Каракумского, плато в Средней Азии).
По внешней форме, именно по внешней форме вершинной поверхности, можно различать следующие типы гор и вершин: столовая гора - вершинная поверхность плоская; купол - вершинная поверхность закругленная; пик - вершина заостренная, коническая или пирамидальная. Кроме того, в разных странах и на разных языках для обозначения форм гор употребляются еще названия: острие, рог, башня, игла, зуб и др. Подобным же образом гребень горного хребта может быть острым, как лезвие, когда оба склона пересекаются под острым углом, или же склоны могут переходить один в другой постепенным пологим закруглением. Может, наконец, быть и такой случай, когда склоны непосредственно не соприкасаются, а между ними вклинивается плоская платообразная поверхность. Такие картины можно иногда наблюдать в остаточно-глыбовых горах.
К отрицательным формам рельефа относятся: долины, котловины, впадины, области понижения.
Классификация форм рельефа по внешнему виду, естественно, отличается неопределенностью, а употребляющиеся еще и сейчас некоторые термины этой классификации являются наследием более раннего периода развития науки о земной поверхности, когда делались первые попытки как-нибудь привести в систему накопившийся из наблюдений фактический материал. Следующим этапом являлось стремление подойти к формам земной поверхности с точной числовой характеристикой, путем выражения их в мерах длины, площади, объема или в виде отвлеченных показателей, выражающих определенные отношения. Это направление, известное под названием орометрии, получило широкое развитие в Европе во второй половине прошлого столетия.
II. Расчленение земной поверхности по высотным условиям также страдает неопределенностью и условностью вследствие широкой и не обнаруживающей резких скачков градации высот от 0 (уровень моря) до 888 м (высочайшая точка суши - вершина Эверест в Гималаях). Границами между отдельными высотными поясами могли бы служить те высоты, на которых происходят какие-либо отчетливо выраженные изменения в характере форм рельефа (например, снеговая граница), но эти изменения бывают большей частью обусловлены вертикальной климатической зональностью, а следовательно, зависят от географической широты и климата местности.
В этой классификации к первой ступени относятся местности, лежащие ниже 200 м над уровнем моря и определяемые как низменности. Следующую более или менее общепринятую ступень - от 200 до 600 м - составляют холмистые страны, или низкие горы, если поверхность пересеченная, и столовые страны, если она ровная.
Далее идут горы средней высоты и высокие горы, или альпийские (при пересеченном рельефе), и плоскогорья, если поверхность слабо расчленена и приближается более или менее к горизонтальной. Следует заметить, что при делении гор на средневысотные и альпийские часто имеется в виду не столько их абсолютная высота, сколько их общий морфологический характер, обусловленный тем, подвергались ли горы оледенению или нет. Вблизи экватора горы абсолютно более высокие могут иметь мягкие, округлые и выпуклые контуры средне-высотных гор, тогда как в высоких широтах абсолютно менее высокие горы могут характеризоваться уже острыми и крутыми формами типа альпийских гор. Таким образом, предельная высота средневысотных гор сильно варьирует в зависимости от географической широты и климата.
Как общее правило, горы более высокие являются обычно и более молодыми по возрасту. Они обнаруживают известную закономерность в своем распределении по земной поверхности. К ним относятся: 1) горы, окаймляющие Тихий океан, и 2) горы, протягивающиеся широтным поясом в Старом Свете, начиная от Атлантического океана и Средиземного моря через Кавказ, Малую Азию, Иран, Гималаи до Индо-Китая. Большинство этих гор возникло в третичное время или, по крайней мере, было в это время преобразовано и вторично поднято на значительную высоту (например Тянь-Шань).
В этой классификации мы можем установить еще одну ступень. В нее войдут те части суши, которые лежат ниже уровня океана, - это так называемые депрессии. Они часто занимают значительные площади. Так, Прикаспийская впадина представляет весьма обширную депрессию, прилегающую к Каспийскому морю, поверхность которой лежит ниже уровня океана на 26 м.
В Голландии область депрессии занимает площадь 8-10 тыс. кв. км. Эта низина опускается на несколько метров ниже уровня океана и не заливается только потому, что искусственно ограждена плотинами.
На Африканском материке депрессии мы находим в шоттах Алжира (до -32 м в шотте Мельрир), на севере Ливийской пустыни (от-30-50 м до-75 м в оазисе Арадж) и к востоку от Абиссинии, где депрессия Биркет-эль-Азаля на 174м ниже уровня океана.
Самая глубокая депрессия находится в долине реки Иордана, где расположены Тивериадское озеро и Мертвое море, поверхность которых на 208 м и 394 м ниже уровня океана.
В пределах СССР небольшие по площади депрессии известны в Средней Азии. Дно Сары-Камышской котловины, расположенной в северной части Кара-Кумов и к юго-западу от Аральского моря, лежит на 39 м ниже уровня океана. Южнее, на плато Ишек-Анкрен-кыр, имеются еще две замкнутые сухие впадины, опускающиеся на 60 м ниже уровня океана. Одна из этих впадин имеет до 30 км в длину при ширине 8-10 м. Бессточная впадина соленого озера Кашкар-Ата на южном Мангышлаке достигает - 20 м высоты при площади 50 кв. км. Еще больших горизонтальных размеров и глубины (до -60 м) достигает другая впадина Мангышлака - Карагие.
Депрессии встречаются даже среди или по соседству высоких гор. Так, в восточной части Тянь-Шаня, у его подножия, лежит Люкчунская впадина (до 130 м ниже уровня моря). В Америке имеется депрессия на продолжении Калифорнийского залива и в пустыне Колорадо.
Большинство депрессий в основе - тектонического происхождения, но в расширении и даже углублении их могут принимать участие и другие процессы (эрозия, эоловая дефляция). Существование сухих депрессий возможно лишь в условиях сухого пустынного климата. Во влажном климате многие депрессии замаскированы тем, что впадины, дно которых ниже уровня моря, заполнены водой. Это так называемые крипто-депрессии.
К ним относятся у нас в СССР озера Ладожское, Онежское, многие озера Фииляндии, Скандинавии, южного подножия Альп. Самой глубокой крипто-депрессией является Байкал. Его глубина достигает 1741 м, или на 1288 м ниже уровня океана.
III. Наибольшего внимания заслуживает классификация форм рельефа, основанная на генетическом принципе.
С этой точки зрения формы земной поверхности, которые мы предварительно разделяем на две группы: А. Страны пересеченные (гористые и холмистые) и Б. Равнины, представляют большое разнообразие.
Рассмотрим сначала, какие категории могут быть установлены в первой группе.
А. Отдельные горы, хребты и холмы, вообще все выступающие формы рельефа, могут возникать под влиянием троякого рода процессов, в связи с чем можно выделить:
1) Дислокационные, или тектонические, горы и холмы, вызванные тектоническими процессами (сбросами и складчатостью). К этой категории принадлежат наиболее значительные возвышенности земного шара.
2) Насыпные, или аккумуляционные, горы и холмы, образовавшиеся вследствие накопления или отложения твердого материала на поверхности. Среди них встречаются поднятия, иногда значительные по горизонтальным размерам и высоте.
К этой категории относятся: а) вулканические горы, образовавшиеся путем отложения вокруг кратера вулкана пепла и лав ; б) холмы эолового происхождения, образовавшиеся из навеянного рыхлого материала - песка, снега (дюны, барханы, заструги); в) возвышенности из материала, отложенного непосредственно ледниками или их талыми водами (моренные холмы и гряды, друмлины, озы); г) холмы органогенного происхождения (например торфяные бугры в тундре); д) холмы, образованные отложениями источников (холмы из травертина, конусы гейзеров и т. д.).
3) Эрозионные, или денудационные, горы и холмы, возникшие вследствие размыва первоначальной равнинной местности (плоскогорье, столовая страна) и уноса части материала, из которого была сложена местность. Сюда же должны быть отнесены и отдельные возвышенности упомянутого выше ландшафта островных гор.
В. Равнины тоже могут быть различны по происхождению. Среди них можно различать:
1) Первичные равнины, или морские плато, представляют часть выравненного отложением осадков морского дна, обнажившегося при регрессии моря. Если обнажение морского дна произошло вследствие поднятия прилегающей древней суши, то по окраине последней получается более или менее широкая полоса слегка наклоненной в сторону моря береговой равнины. Большая часть равнин СССР представляет морские плато разного возраста. Примером наиболеемолодого, почти не измененного последующими процессами, морского плато может служить Прикаспийская низменность.
2) Аккумуляционные, или насыпные, равнины, которые образовались вследствие засыпания рыхлыми отложениями (речными, флювио-гляциальными, эоловыми продуктами выветривания) какой-нибудь впадины или вообще пониженного пространства, имевшего, быть может, первоначально неровную поверхность. Сюда относятся:
а) Аллювиальные равнины, сложенные наносами больших рек (Ломбардская низменность, Месопотамия, Рионская и Куро-Араксинская низменности Закавказья). Большинство этих равнин образовалось на месте бывших здесь морских заливов, в которые впадали реки.
б) Флювиогляциальные (ледниковоречные) наклонные равнины прилегают к подошвам гор, подвергавшихся интенсивному оледенению в плейстоценовое время; они представляют большей частью галечпиковые конусы выноса ледниковых рек, слившиеся по окраине гор в сплошную кайму; примерами могут служить: Мюнхенская наклонная равнина у северного подножия Альп, Прикубанская, Кабардинская и Чеченская наклонные равнины Северного Кавказа и др.
в) Озерные равнины, образовавшиеся на месте спущенных или высохших озер: равнина плейстоценового озера Агассица в Северной Америке, днища некоторых котловин Армянского нагорья (Цалка и др.).
г) Равнины, образованные продуктами выветривания. Положим, мы имеем горы в условиях сухого пустынного климата. Вершины их подвержены в сильной степени физическому выветриванию. Продукты выветривания благодаря обвалам, оползням, медленному движению вниз, сносу временными дождевыми потоками и т. д. заполняют впадины, лежащие между горами. Таким образом вершины хребтов понижаются, впадины заполняются все больше и больше, так как при отсутствии стока продукты выветривания отсюда не выносятся водами. В результате поверхность страны превратится в равнину, снивелируется. Большее или меньшее приближение к этому наблюдается во внутренних частях Ирана, в Тибете, Гоби.
д) В некоторых случаях в нивелировании древнего рельефа играл главную роль вулканический пепел, разносившийся ветром и засыпавший окрестности центров вулканической деятельности. Таковы некоторые равнинные участки Армянского нагорья (Ленинаканское плато и др.). Здесь мы имеем переход к следующему типу равнин.
3) Вулканические, или лавовые, плато. Изливающиеся иногда в громадных массах жидкие и легко подвижные основные (базальтовые) лавы могут покрывать огромные пространства и, погребая под собой прежний рельеф, превращают местность в ровное лавовое плато. Таковы Колумбийские плато Северной Америки, область траппов Декана, некоторые плато Армянского нагорья и др.
4) Остаточные, или предельные, равнины. Они возникают в результате продолжительного воздействия деструкционных сил, в особенности речной эрозии и континентальной денудации, на местность, имевшую первоначально складчатое строение и резко выраженный печьеф. В результате такая местность оказывается снивелированной в волнистую равнину - пенеплен («почти равнина», или «предельная равнина»).
ГЛУБИННОЕ СТРОЕНИЕ ЗЕМНОГО ШАРА
Что значит выяснить глубинное строение Земли? Необходимо узнать характер изменения основных характеристик вещества литосферы с глубиной: изменения структуры, энергонасыщенности и химического состава. Изучать необходимо именно вещество, потому что им сложен земной шар, а не просто отвлеченные геофизические параметры в виде скоростей сейсмических волн, различий магнитных свойств, плотности. Эти данные нужны для решения разных конкретных практических задач: сейсмическом районировании и других.
До какой глубины от поверхности литосферы можно изучать глубинное строение земного шара? Хотелось бы до центра нашей планеты. Но ограничения вызваны тем, что предстоит изучать структуру, энергонасыщенность и химический состав вещества каменной оболочки. Без получения вещества для анализа определить его структуру, энергонасыщенность и химический состав невозможно.
Следовательно, познание глубинного строения Земли возможно лишь до глубин, с которых удастся получить образцы проб для анализа. Сделать это можно до глубин видимой части литосферы, или порядка 15 км. Самые глубокие скважины так и не достигли глубины 13 км. Почти до такой глубины пробурена Кольская сверхглубокая скважина. Это реалии нашего времени.
Все, что изучается глубже интервалов возможного отбора проб вещества косвенными геофизическими методами по скорости сейсмических волн, измерениям электропроводности, силы тяжести, магнитных свойств – иными словами, снимающими физические характеристики вещества, должно обязательно заверяться образцами вещества с изучаемых глубин, т. е. интерпретироваться геологически. Если провести геологическую интерпретацию результатов геофизических исследований невозможно, нет смысла проводить эти работы для выяснения глубинного строения земного шара. Можно и нужно изучать характер изменения скоростей сейсмических волн от поверхности до центра планеты, плотностных и других особенностей, но это не будет познание глубинного строения Земли по веществу. По результатам таких измерений нельзя говорить о перидотитовой мантии, базальтовом слое земной коры, как и о земной коре, мантии и ядре в их вещественном выражении.
Глубинное строение литосферы начинается ниже ее поверхности. Геологическая карта показывает геологическое строение района на дневной поверхности. Недаром на геологической карте показывается возраст горных пород (обычно коренных), выходящих на поверхность. Чтобы выяснить геологическое строение объемное или на глубину, строятся геологические разрезы.
От дневной поверхности до нижней границы наблюдаемой части литосферы строение каменной оболочки земного шара следующее.
Основные законы сложения видимой части глубинного строения литосферы сформулированы в Главе II. Основные геологические законы. Суть их в том, что структура с глубиной делается все более крупнокристаллической, энергонасыщенность уменьшается, химический состав изменяется: уменьшается содержание с глубиной оксидов алюминия, железа, магния и кальция и увеличивается кремнезема. При образовании кварцита уменьшается до нуля присутствие не только оксидов алюминия, железа, магния и кальция, но и оксидов натрия и калия.
Следствия из этих законов. Ниже гранита и кварцита не могут быть горные породы с энергонасыщенностью большей, чем у гранита и кварцита. Ниже гранита и кварцита не могут быть горные породы с содержанием оксидов железа, магния и кальция больше, чем у гранита. Ниже гранита и тем более кварцита может быть вещество из оксида кремния.
История взглядов на глубинное строение Земли
Широкое развитие в Греции известняков, обусловивших проявление карста, привело к формированию многочисленных подземных пещер. Это позволило древним грекам говорить о наличии в Земле пустот и каналов. Такие представления о строении земного шара, распространенные на всю нашу планету, просуществовали до начала XIX в., или более двух тысяч лет.
В 1522 г. по завершению Эль Кано первого кругосветного путешествия, начатого Ф. Магелланом, была доказана сферическая форма нашей планеты.
Наблюдая в 1609 г. с помощью своего второго телескопа с увеличением в 32 раза Солнце, Г. Галилей (1564-1641) увидел на нем темные пятна. Они были приняты за свидетельства охлаждения светила, хотя протуберенцы, наоборот, указывают на активность Солнца, вспышки на нем. На основе этого умозаключения, полученного не при изучении земного вещества, Р. Декарт (1596-1650) в первой половине XVII в. предложил совершенно новое объяснение глубинного строения Земли, в основе своей сохранившегося до наших дней.
Он предположил, что Земля сначала была раскаленной звездой, как и Солнце, но небольшого размера. Поэтому остывание Земли происходило более быстрыми темпами, чем Солнца. Охлаждение привело к появлению на ее поверхности темных пятен. При дальнейшем остывании и взаимодействии частиц материи образовались другие оболочки. В центре земного шара, по Р. Декарту, находится огненное ядро, сложенное солнечным материалом. Оно окружено плотной оболочкой из вещества темных солнечных пятен. За ней расположена оболочка, в которой рождаются металлы. Выше находится водная оболочка, затем подземная полость (оболочка с многочисленными пустотами), наполненная воздухом. Самая верхняя поверхностная оболочка, окруженная воздухом.
Право на гражданство в геологии и вообще в естествознании представление Р. Декарта в виде гипотез плутонизма и Канта-Лапласа получило лишь через двести лет, так как в период своего становления резко не соответствовало религиозным представлениям о создании Земли и не было принято учеными.
К концу первой четверти XIX в. в естествознании утвердилось представление о возникновении Земли из раскаленной газообразной туманности, которое в настоящее время именуется гипотезой Канта-Лапласа. Вся внутренняя часть земного шара принималась расплавленной, сверху покрытой твердой корой охлаждения – земной корой мощностью до 10 миль (16 км). Земная кора разделялась на две части, лежащих одна на другой. Нижняя ее половина произошла из застывшего расплавленного материала, сохранившегося во внутренней части планеты. Она называлась огненной корой или плутонической. Сложена она плутоническими горными породами: гранитами, сиенитами, порфирами, гнейсами, мраморами, слюдистыми сланцами и др. Разрушение ее материала на дневной поверхности и снос возникших обломков в моря привело к формированию слоев глин, песчаников и известняков, образовавших наружную водную или нептуническую кору.
Между тем, еще полвека назад нептунисты тот же наблюдаемый разрез каменной оболочки земного шара от глин и песков на поверхности до гранита на глубине объясняли по-другому, противоположно плутонистам.
Занявший в 1775 г. кафедру минералогии в Френбе
Первоначально необходимо выяснить, какое отношение имеет Земля к другим небесным телам, и чем она является во Вселенной. Такое сравнение позволит сделать заключение о том, что произошло с нашей планетой за время ее существования с выяснением причин, происходивших с ней превращений.
Выяснить влияние органических (орудных) тел на твердую часть земного шара.
Выяснить влияние атмосферных тел на твердую часть земного шара.
Рассмотреть образующие (создающие) и разрушающие силы, действующие на земной шар, т. е. воду и огонь, и результаты действий этих сил.
Исследовать важнейшие естественные перемены, происходившие в разные времена с земным шаром, особенно в хронологическом порядке, т. е. которые из них были раньше, а какие позже.
В заключение необходимо подробно рассмотреть слагающие твердую часть земного шара горные породы. Изучение их должно вестись в том порядке, в каком они “по происхождению своему следуют”, что позволит разделить их по способу образования на различные типы.
С позиции индукции задачи естественно-научного исследования должны быть перечислены наоборот: сначала изучить состав и строение вещества литосферы, затем процессы, приведшие к формированию горных пород. Разделять же горные породы по происхождению вообще нельзя, потому что они не содержат признаков происхождения. Программа изучения каменной оболочки Земли, предложенная А.Г. Вернером, выполняется по настоящее время.
Рассматривая в природе последовательность напластования горных пород, слагающих твердую часть земного шара, нептунисты главное место в ней отводили глинистому сланцу, который вниз по разрезу постепенно превращается в слюдистый сланец, состоящий из кварца и слюды. Древнейший слюдистый сланец (лежащий ниже простого сланца) содержит уже и примесь полевого шпата. Посредством ее он переходит в гнейс, а тот в гранит полнокристаллического строения. Всем этим породам приписывалось химическое происхождение путем выпадения кристаллов из воды.
Кверху глинистый сланец постепенно переходит в сланец серой ваки – аргиллит, который и есть древнейшее из известных горных пород механического осаждения продуктов разрушения химических пород. О водном происхождении песков и глин сомневаться не приходится. Это можно наблюдать непосредственно в природе.
Делался общий вывод, что все наблюдаемые горные породы имеют водное происхождение. Отсюда и гипотеза нептунизма. Достоверно установлено, что верхняя часть известных на Земле отложений: глин, песков, песчаников, известняков, возникла из воды. Эти водноосадочные породы постепенно переходят в самые древние из известных образований, с часто наблюдаемым переслаиванием филлитов со сланцами и гнейсами. Между двумя такими толщами нет никакой границы.
Известный нептунист Д. де Вуазен писал, что ему никогда не приходилось проходить более нескольких миль по обнажению гранита, чтобы не встретить то в одном, то в другом месте перехода его в гнейс или слюдистый сланец. Почти во всех горных хребтах, продолжал Д. Де Вуазен, можно видеть как этот сланец, в свою очередь, переходит в глинистый (кровельный) сланец, в котором потом встречаются пласты каменного угля с отпечатками растений. Затем глинистый сланец начинает переслаиваться со слоями пород, содержащими остатки морских организмов. Видно желание не противоречить библейским мотивам, по которым Бог растения создал в третий день, а морских животных позже, в пятый день.
Древнейшими, или первичными нептунистами принимались граниты. Шотландский естествоиспытатель Дж. Геттон (1726-1797), занимаясь изучением прекрасно обнаженных разрезов Шотландии, усомнился в осадочном (водном) происхождении гранита. Сначала у него были теоретические рассуждения. Наблюдаемое беспорядочное расположение кварца, полевого шпата и слюды, слагающих гранит, не могло иметь место, если бы эта порода сформировалась путем кристаллизации солей из морской воды, как утверждали нептунисты. Растворимость в воде главных минералов гранита различна, поэтому в природе в этом случае должны были бы наблюдаться мономинеральные слои кварца, полевого шпата и слюды. Кристаллическая структура гранита из хаотически расположенных минералов свидетельствует об их кристаллизации из расплавленного материала. Следовательно, должны быть жилы гранита в вышележащих слоях.
Чтобы проверить свои теоретические построения, Дж. Геттон отправился в Грампианские горы исследовать “линию соединения гранитов и залегающих над ними наслоенных масс”. В Глен Тильте в 1785 г. он увидел разветвляющиеся от крупного тела красного гранита жилы, проходящие через черный слюдистый сланец и известняк. Подтверждение теоретических предположений о расплавленной изначальной природе гранита возбудило в Дж. Геттоне радость до того восторженную, что бывшие при нем проводники, по свидетельству его биографа, думали, что он открыл серебряную или золотую жилу.
Представлениям нептунистов о водном происхождении гранита был нанесен непоправимый удар. Расплавленная природа гранита проложила дорогу к следующей гипотезе геологии – плутонизму. Теоретической основой ему служила гипотеза Канта-Лапласа образования Земли из раскаленного огненного шара. По мере остывания земной шар сверху покрылся твердой корой охлаждения – земной корой мощностью около 10 миль (16 км). Находящаяся ниже внутренняя часть принималась расплавленной. Таким виделось глубинное строение Земли в первой половине XIX века.
Как видно, представления нептунистов и плутонистов на глубинное строение и происхождение слагающих земной шар горных пород были противоположными. Такое построение объяснений в науке не допустимо, нарушает одну из главных черт науки – приемлемость. Еще в 1913 г. Н. Бор сформулировал принцип соответствия, согласно которому всякая более новая (общая) гипотеза должна включать в себя старую гипотезу. Старая гипотеза получается из новой при определенных значениях определяющих ее параметров, т. е. является частным случаем новой (общей) гипотезы. Если же это не соблюдено, как видно на примере отсутствия преемственности плутонических представлений от нептунических, то новая гипотеза, в нашем случае – плутонизм, не имеет права на существование. Между прочим, естественно-научная модель геологии, рассматривающая лаву водно-силикатным раствором, а перекристаллизацию – переходом веществ в раствор, достижения им насыщения, в какой-то мере имеет общее с представлениями нептунистов.
Необходимо отметить, что гипотез в естественных науках вообще быть не должно. Об этом говорил еще И. Ньютон. Разговоры о гипотезах в естествознании являются отражением математического, дедуктивного в своей основе мышления: аксиоматические построения или эмпирические знания, затем наблюдения для поисков иллюстративного материала для их подтверждения. Нужно это для выяснения происхождения изучаемого, которое воспринимается таким, каким его видит исследователь. В принципе, это религиозные устремления.
Цель естествознания противоположная: в открытии законов строения и функционирования природных явлений и объектов, выведения следствий из них. Достигается это только индуктивным мышлением: от признаков объектов и явлений к понятиям, сравнение которых и приводит к закону. Законы не имеют исключений, а потому не допускают мнений или гипотез. Познание ведется путем создания моделей реального мира, не наблюдаемого людьми непосредственно органами чувств. Реальный мир – это абсолютная истина. Модель никогда не будет полным соответствием реальных явлений или объектов природы, поэтому вопрос о происхождении их не ставится. Нельзя выяснять генезис того, что не полностью выяснил.
Поэтому нет ничего удивительного в том, что фактический (прошу запомнить, что не интерпретационный) материал таких наук как физика и сейсмология, не подтвердил геологических следствий гипотезы Канта-Лапласа, основанных на дедукции.
Прежде всего у физиков вызвала сомнение возможность образования твердой земной коры над расплавленной глубинной оболочкой. По данным С.Д. Пуассона (1781-1840), отвердевание первоначально расплавленной Земли должно было начаться с ее центра. Исходя из своих огромных размеров, Земля не могла сразу вся покрыться равномерно корой охлаждения, которая в любом случае должна была дробиться бурлящим первичным расплавом на отдельные глыбы. Появившиеся при остывании поверхности земного шара твердые глыбы, как более тяжелые, чем расплав, обязаны были опускаться вниз. На глубине они расплавлялись, понижая температуру внутренней части планеты. Постепенно последующие твердые глыбы достигали центра Земли, и оттуда процесс полного отвердевания распространялся к земной поверхности. Земная кора теоретически не могла возникнуть! Это изначально ложный, ненаучный термин, который, однако, применяется в геологии и сейчас, делая ее ненаучной. Поэтому в естественно-научной модели геологии термин “земная кора” не используется, кроме как в историческом плане.
О полностью твердом выполнении земного шара свидетельствовали данные физиков о влияние на него притяжения Луны. Выяснилось, что возникающие под воздействием Луны приливы и отливы проявляются не только в гидросфере, вызывая периодические колебания уровня моря, но и в твердой части планеты. Незначительные колебания земной поверхности от таких приливов указывали на большую упругость вещества земного шара, что было бы невозможно при жидком состоянии его недр.
Зародившаяся во второй половине XIX в. сейсмология показала, что от очагов землетрясений до глубин трех тысяч километров распространяются продольные (сжатия и растяжения) и поперечные (сдвига) волны. Поперечные деформации с нарушением сплошности среды возможны только в твердых телах. В жидкостях и газах они гасятся (с современных позиций из-за высокой энергонасыщенности газов, атомы в которых постоянно перемещаются со скоростями сотни метров в секунду, и жидкостях, в которых молекулы также не стоят на месте). Получалось, что расплавленной оболочки внутри земного шара нет, и говорить о земной коре, расплавленном ядре оснований не было. Но поступили вопреки этому.
Приняли, что Земля сначала была расплавлена, а потом остыла. Конечно, никаких оснований для такого умозаключения не было, а по современным данным (отсутствия дожизненного времени, наличия в самых древних породах возраста 4 млрд. лет остатков нитчатых водорослей, клетка от клетки, живое от живого) оно вообще ложное. Поэтому все следствия по глубинному строению нашей планеты из этого ложного представления противоречат законам физики и химии, являясь ненаучными.
Считалось, что еще на расплавленной стадии земное вещество разделилось по плотности. Вниз к центру планеты опустились тяжелые металлы, сформировав железо-никелевое ядро. Вверх, естественно, всплыли легкие элементы(кремний – силициум и алюминий – Si+Al), из которых возникла гранитная земная кора – сиаль. Промежуточное положение занимает сима (Si+Mg), представляющее собой базальтовой подкоровое вещество, из которого выплавляется базальтовая магма для извержений вулканов. Такие, используемые и сейчас термины: железо-никелевое ядро, сима и сиаль, были предложены в начале XX в. австрийским геологом Э. Зюссом (1831-1914). Им привлекались данные и по метеоритам.
Почему использовано слово “термин”, а не “понятия”? Применение понятия подразумевает наличие необходимых и достаточных признаков объектов, характеризующих свойства эти объекты. Приведите хотя бы один признак или свойство железо-никелевого ядра, симы или сиаля по их вещественному сложению. Их нет. Почему? Потому что в природе нет железо-никелевого ядра, симы и сиали. Действительно, уже при своем появлении термины “сима” и “сиаль” противоречили основам химии. Так как симу (базальт) поместили ниже сиали (гранита), то имели в виду, что магний тяжелее алюминия (кремний у них общий). Но плотность магния 1,7 г/см3
, тогда как у алюминия она – 2,7 г/см3
. Порядковый номер магния в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева 12, атомная масса 24,312, алюминия соответственно 13 и 26, 9815, кремния – 14 и 28,086. Самый тяжелый из них кремний. Его в граните 70%, а в нижележащем базальте всего 50%. Сплошные нелепицы.
Граниты были названы сиалью потому, что в них много алюминия, а в симе (базальте) его, стало быть, меньше. На самом деле все наоборот! В граните глинозема 14,30%, а в базальте на два с лишнем процента больше – 16, 48%.
В начале XX в. сима, помещенная под земной корой (сиалью), стала называться аморфным базальтовым слоем. Выделен он был в качестве источника энергии и вещества для вулканов. Считалось, что из базальтового слоя при понижении давления от трещины при землетрясении и возникает базальтовая магма. Однако, тогда же американский геолог Н.Л. Боуэн (1887-1956) показал, что трещина не может понизить давления вышележащих толщ, так как массу слоев не уменьшает. Расплав, оказывается, на глубине из энергонасыщенного базальтового слоя получить нельзя.
Второе возражение Н.Л. Боуэна против участия базальтового слоя в производстве основной (базальтовой) магмы было в том, что при частичном выплавлении вещества базальтового слоя химический состав полученного расплава был бы не базальтовым, а более кислым, например, андезитовым, с большим содержанием оксидов кремния и щелочных металлов и меньшим – тугоплавких оксидов магния, железа и кальция. Базальт можно было получить только мгновенным полным расплавлением базальтового слоя, что сделать невозможно. Поэтому, рассуждал Н.Л. Боуэн, коль базальтовая магма на глубине образуется, то ниже базальтового слоя должен лежать слой с большим, чем в базальте, содержанием оксидов магния, железа и кальция. Этому требованию отвечает перидотит – ультраосновная порода. Ниже базальтового слоя (непонятно для оставленного, потому что его выделили для получения базальтовой магмы, а получить ее из него нельзя), уже не нужного для получения базальтового расплава и потому включенного в состав земной коры (базальтовая магма поднимается ведь из-под коры), был выделен перидотитовый слой, слагающий верхнюю часть мантии.
Отчего же расплавлялся кристаллический перидотит? Ведь в нем потенциальной энергии меньше, чем в вышележащем аморфном базальтовом слое. Американский геолог Дж. Баррелл в 1914 г. ниже верхней мантии выделил астеносферу – зону высоконагретого полурасплавленного материала, т. е. полуготового расплава. Он и обеспечивал энергией возникающую базальтовую магму. Получалось, что перидотит как источник вещества и энергии для магмы по структуре кристаллический и в то же время полурасплавленный! Абсурд!
Выделение астеносферы свидетельствовало о возвращении к идее первичной природы расплавленного вещества в недрах земного шара, исповедовавшейся геологами в начале XIX в.
Таковым было становление общепринятого в настоящее время глубинного строения твердой части Земли из земной коры (гранитный и базальтовый слои), мантии, верхняя часть которой до астеносферы перидотитовая и ядра. Земная кора + верхняя мантия стали называться литосферой, т. е. каменной оболочкой, потому что ниже лежит пластичная астеносфера. Однако признаки литосферы не сообщались, потому что их нет, как нет земной коры и мантии в вещественном (геологическом) отношении. Если их выделяют по скорости сейсмических волн, то это в таком случае геофизические понятия. К геологии они отношения не имеют.
Земной шар в естествознании принято разделять на атмосферу – газовую оболочку, гидросферу – водную оболочку, биосферу – оболочку жизни и литосферу – каменную оболочку. Именно в таком понимании в естественно-научной модели геологии и используется понятие литосфера, как синоним каменной оболочки.
Но на этом абсурдные ситуации с общепринятым глубинным строением земного шара не закончились. В начале второй половины XX в. геологи, сравнив химические составы перидотита и базальта (что мешало это сделать раньше при предложении получения базальта из перидотита), увидели, что из перидотита получить базальт нельзя. В перидотите слишком мало алюминия, натрия, калия, бария, урана, тория и многих других химических элементов, чтобы при частичном его плавлении получилась базальтовая магма. В перидотите всего 4,72% Al2
O3
, 0,73% Na2
O, 0,38% K2
O, а в базальте их почти в четыре раза больше: 16,48%, 2,78% и 1,24%. Содержание же урана и тория в базальте на два порядка больше таковых в перидотите.
Исходя из представлений о выплавлении базальтовой магмы под корой, австралийский геолог А.Е. Рингвуд пришел к выводу, что перидотит является не источником базальтовой магмы, а служит остатком от выплавления ее из находящегося ниже слоя, имеющего примитивный первичный состав. Вещество этого гипотетического, никем не виденного слоя сложено пироксенами и оливином, и потому названо пиролитом.
Одним словом, чем глубже опустимся, тем меньше возникнет вопросов. Это не так, абсурдность все больше возрастает. Например, с выделением пиролита получилось нарушение физического закона: в гравитационном поле тяжелое вещество не может лежать выше более легкого. Разрез верхней мантии принимается следующим: перидотитовый слой и ниже его пиролитовый. Перидотит же является тяжелым остатком от пиролита, якобы покинутого более легким базальтом. В таком случае перидотит просто провалился бы в пиролит, и никакого перидотитового слоя верхней мантии не было бы.
Просвечивание земного шара сейсмическими волнами, возникающими при землетрясениях, подтвердило разделение каменной части нашей планеты на оболочки с разной скоростью прохождения сейсмических волн. Верхняя оболочка была идентифицирована земной корой, средняя – мантией. Центральную часть определили ядром.
Мощность земной коры на материках оказалась от 40 до 70 км, а в океанах всего 6-8 км. Нижней границей земной коры и верхней границей мантии принимается область скачкообразного возрастания скорости продольных сейсмических волн с 7,5 до 8,2 км/с. Эта область получила названия раздела Мохоровичича (Мохо, М), в честь югославского сейсмолога А. Мохоровичича (1857-1936), обнаружившего такое резкое увеличение скорости волн в 1909 г. (тогда Югославии еще не было). По скорости прохождения сейсмических волн земная кора разделяется на два слоя: нижний, со скоростями 7-7,5 км/с, и верхний, в котором значения скоростей в пределах 6-6,5 км/с.
Когда стали выяснять, в каких конкретно породах сейсмические волны имеют такие значения, оказалось, что в базальте скорость их 7-7,5 км/с, а в граните – 6-6,5 км/с. Получилось подтверждение ранее высказанного деления земной коры на нижний базальтовый и верхний гранитный слои (рис. 9). Скорость распространения сейсмических волн 8,2 км/с определена в перидотите.
Но базальт не может быть на глубинах 10-70 км. Он там перекристаллизуется в амфиболит, скорость сейсмических волн в котором большая, чем в базальте, а затем в гранит с меньшей скоростью. Не может под гранитом находиться и перидотит. Так что подтверждения сейсмологией (геофизикой) строения твердой части нашей планеты из земной коры с гранитным и базальтовым слоями на материках, базальтовым в океанах и перидотитовой верхней мантии кажущееся.
Рис. 9. Схема современной представления глубинного строения литосферы. 1 - осадочный слой, 2 - гранитный слой, 3 - базальтовый слой, 4 - перидотитовая верхняя мантия.
Рассмотрим, где по особенностям химического состава, структуры и энергонасыщенности в литосфере могут залегать тела аморфного базальта и мелкокристаллического перидотита? Для этого сначала приведем еще раз химический состав вещества слоистой оболочки, слагающего поверхность каменной оболочки, и гранита, наиболее глубинной, вместе с кварцитом, из непосредственно наблюдаемой горной породы.
| (%) | SiO2
|
Al2
O3 |
Fe2
O3 |
FeO | MgO | CaO | Na2
O |
K2
O |
| cлоистая оболочка | 58,11 | 15,40 | 6,70 | 2,44 | 3,10 | 1,30 | 3,24 | |
| гранит | 70,00 | 14,30 | 1,54 | 1,58 | 0,74 | 1,82 | 3,62 | 4,02 |
Видно, что по мере погружения горных пород, сопровождающегося перекристаллизацией, химический состав их изменяется: уменьшается содержание оксидов алюминия, железа, магния и кальция, и увеличивается содержание оксидов кремния, натрия и калия.
Теперь сообщаю сведения по химическому составу базальта и перидотита.
| (%) | SiO2
|
Al2
O3 |
Fe2
O3 |
FeO | MgO | CaO | Na2
O |
K2
O |
| базальт | 50,00 | 16,48 | 4,22 | 6,80 | 6,30 | 9,72 | 2,78 | 1,24 |
| перидотит | 43,60 | 4,72 | 4,62 | 8,01 | 24,80 | 12,20 | 0,73 | 0,38 |
Базальт с аморфной структурой и высокой энергонасыщенностью может находиться там, где в литосфере распространены аморфные горные породы, т.е. на ее поверхности. Действительно, базальт возникает и существует только на поверхности каменной оболочки. И по особенностям химического состава базальт должен залегать выше гранита и слоистой оболочки, потому что в нем больше, чем у них, содержание оксидов алюминия, железа, магния и кальция и меньше оксидов кремния и калия.
Тела перидотита как мелкокристаллической горной породы могут в литосфере находиться лишь среди тел мелкокристаллических пород, наиболее распространенные из которых кристаллические сланцы. Так оно и есть на самом деле, и нигде в мире не встречены тела перидотитов в гранитах. Химический состав перидотита специфичен из-за очень большого содержания оксидов магния и кальция, свидетельствующих, что образуется эта порода при освобождении поднимающегося базальтового раствора от излишков оксидов этих металлов.
Первая же проверка общепринятого глубинного строения литосферы на материках бурением Кольской сверхглубокой скважины не подтвердила его. Заложена скважина была в научных целях для вскрытия на глубине 7 км базальтового слоя, который, но геофизическим данным, в этом районе ближе всего находится от дневной поверхности. Скорость сейсмических волн там в горных породах определялась 7-7,5 км/с. В вышележащих породах она составляла 6-6,5 км/с – гранитный слой.
На самом деле вскрытый скважиной разрез оказался противоположным проектному: до глубины 6842 м распространены песчаники и туфы с телами долеритов (скрытокристаллических базальтов), а ниже – гнейсы, гранито-гнейсы и реже – амфиболиты.
Самое главное в результатах бурения Кольской сверхглубокой скважины то, что они не просто опровергают общепринятое мнение о строении верхней части литосферы, а то, что до их получения нельзя вообще было говорить о вещественном строении этих глубин земного шара. В то же время результаты бурения Кольской сверхглубокой скважины полностью подтвердили разрез видимой части литосферы из рыхлых и сцементированных обломочных и глинистых, а затем кристаллических пород, известный людям с середины XVIII в. (И. Леман, Дж. Ардуино, А.Г. Вернер и др.) и игнорируемый современной геологией. Именно такой разрез литосферы лежит в основе построения естественно-научной модели геологии.