Решение Кэмпбелла
Решение Кэмпбелла. Так можно озаглавить продолжение второй главы (части 9), "Теории горообразования Кэмпбелла". Начало главы здесь.
Кэмпбелл считает, что многочисленные крупные разломы, по мере продвижения литосферы, возникают параллельно друг другу. Образование мелких разломов под прямым углом к основным формирует сетчатый рисунок. Кэмпбеллом был предложен метод визуализации этого процесса. Пусть читатель сложит руки чашечкой, как если бы они лежали на поверхности сферы: при этом пальцы соприкасаются кончиками и между собой сомкнуты. Далее следует вообразить, что сфера начинает увеличиваться: вот она уже отрывает руки друг от друга, отодвигаются и кончики пальцев. В то же время пальцы следует раздвигать. В такой визуализации, промежуток между руками будет представлять собой основной разлом, а промежутки между пальцами каждой руки - мелкие разломы под прямым углом к нему. Далее мы увидим, насколько близка такая визуализация разломов к реальным явлениям в литосфере.
Еще один важный аспект разломов показан на рисунке 33. В силу изменения кривизны поверхности, - по мере продвижения сектора литосферы к экватору, - трещины в секторе открываются снизу и заполняются проникающей в них магмой - на рисунке это отмечено заполнением черного цвета. В то же время трещины в секторах, движущихся к полюсу, наоборот, будут раскрываться сверху. У них меньше шансов достичь источников расплавленной породы; соответственно, они не показаны заполненными. Независимо от того, заполнятся эти трещины или нет (вероятность того, что они заполнятся, существует), формирование образующихся "даек" в горной породе будет сильно отличаться от конфигурации трещин, которые открылись снизу.
Кэмпбелл предположил, что этот способ объяснения существующих структур разломов в литосфере может помочь в поиске руд, большинство из которых встречается в таких "дайках". Можно определять для конкретного региона, относятся ли исследуемые "дайки" к полюсному типу, или к экваторному, и из этого уже делать вывод о потенциале "дайки", скоро она иссякнет или же нет. Кэмпбелл считает, что гипотеза открывает дополнительные возможности для исследования литосферы, некоторые из которых в конечном итоге могут оказаться коммерчески ценными.
Для завершения визуализации перемещения важно представлять его продолжительность. Мы уже показывали, что последнее перемещение совершалось, предположительно, в течении 5000 лет. Что также означает, что примерно такое же количество времени было определено для создания рассматриваемой нами системы разломов. Разрыв литосферы в несколько миль и заполнение трещины расплавленным материалом снизу формируются скачкообразно возобновляющимися землетрясениями и вулканической деятельностью, прерывающимися периодами затишья. Очевидно, что такое количество времени достаточно для того, чтобы процесс мог завершиться без глобальных катаклизмов.
Рис. 33. Смещение литосферы: вертикальный вид.
Этот рисунок иллюстрирует ряд одновременных эффектов перемещения. В верхнем правом квадранте показан сектор литосферы, смещенный к экватору - изменение кривизны поверхности (R°) приводит к открытию разломов снизу. В нижнем правом квадранте показан сектор литосферы, смещенный к полюсу. Здесь уменьшение кривизны поверхности (в оригинале - @увеличение дуги поверхности@ - R°) приводит к тому, что разломы открываются сверху. На нижнем левом квадранте, представляющем собой вертикальный вид сектора, движущегося к экватору, показаны основные меридиональные разломы, которые открылись снизу. Верхний левый квадрант, представляющий собой вертикальный вид сектора, смещенного к полюсу, показывает меридиональные разломы, открывающиеся сверху.
Рис. 34. Смещение литосферы: закономерности разрушения.
На этом рисунке представлен механизм разрывов и складчатости. В целях иллюстрации, все эффекты сосредоточены на меридиане максимального смещения литосферы. Таким образом, в верхнем полушарии показан только один крупный меридиональный разлом, который движется к экватору. Пунктирные линии указывают на другие разломы, открывающиеся на дне литосферы по мере уменьшения дуги поверхности. При движении к полюсу, перпендикулярно экватору, происходит сжатие поверхности: продолжение основного разлома показано в виде выдавленного хребта, который впоследствии может стать главной осью горного массива.
Также, в целях иллюстрации, полагаем, что все складки будут появляться вдоль меридиана максимального смещения. Главный разлом заполняется магмой, магма затвердевает, расширяя литосферу, и увеличивает складчатость в нижнем полушарии, которое движется к полюсу. В нижней полусфере непрерывные линии указывают на трещины, открывающиеся сверху, по мере увеличения дуги поверхности. Далее должно рассмотреть вопрос, который относится и к горообразованию, и в то же время затрагивает еще одну из главных нерешенных проблем геологии. Это связано с нашей фазой экваториального смещения, с заполнением трещин расплавленной магмой снизу. Кэмпбелл считает, что заполнение трещин является первым шагом горообразования или, по крайней мере, формирования геосинклинали. Очевидно, что процесс может начаться в других точках; поэтому наши схемы лишь вопрос удобства, имеющего цель представить читателю ясную картину процесса.
Но Кэмпбелл подчёркивает, что процесс заполнения трещин и последующее затвердевание вторгшегося материала способствуют расширению литосферы; площадь поверхности увеличилась. Когда в будущих сдвигах литосферы эта область пройдет через экватор к полюсу или переместится к полюсу от того места, где она находится, расширенная поверхность должна будет поддаться результирующему сжатию, складываясь больше, чем это могло бы быть, если бы не было расплавленных вторжений. Поэтому разумно назвать такое первым шагом в горообразовании, хотя пока еще нет складчатости и подъема горных пород.
Вопрос о вторжениях расплава в литосферу поднимает еще один важный момент. До сего дня подъем расплавленного вещества в литосферу было очень трудно объяснить. Геологи размышляли о том, какая сила могла взорвать и поднять расплавленное вещество, образовавшее бесчисленные "дайки" и "пороги" ("dikes" and "sills"), как называются образующиеся жилы. Они не смогли прийти к согласию по этому вопросу. Разумного объяснения этим миллионам магматических вторжений в литосферу найдено не было.
Конечно, понятно, что литосфера - это, в некотором смысле, плавающая кора. Предполагается, что материалы, из которых она состоит, легче, чем материалы ниже, и являются твердыми по сравнению с пластичным или вязким состоянием нижележащих слоев. Литосферу можно рассматривать как плавающую в гидростатическом равновесии в полужидком нижнем слое. Так, как правило, говорят и понимают геологи. Логично, что, если бы два, или более, литосферных блока разделились, то расплавленный материал стал бы подниматься по трещине, а блоки, напротив, стали бы опускаться до момента, пока трещины не заполнятся достаточно для установления гидростатического баланса. Такое представление не решило проблему; это не помогло, потому что никто не мог себе представить причину, которая могла бы привести к разделению литосферных блоков.
Для тех, кто любит упрощать сложные проблемы, стоит рассмотреть изложение Кэмпбелла по этому вопросу. Он предполагает, что концепция большого сектора литосферы, растянутого и, следовательно, разломанного в бесчисленных местах одновременно, позволяет провести сравнение с ледяным покровом, который во время таяния и ледохода подвергается разрушению. Точно так же, как отдельные куски льдины тонут до тех пор, пока вытесненная вода не поднимется в трещинах, уравновешивая вес этих кусков - эта картина визуализирует поведение литосферы во время ее смещения к экватору. Кэмпбелл видит в этом объяснение того факта, что, хотя литосфера и пронизана всевозможными магматическими вторжениями, вряд ли когда-либо случалось, что они достигали поверхности земли.
Он сравнивает поведение литосферы во время смещения с поведением льда следующим образом: "Литосферу (или кору) можно сравнить со льдом, плавающим на воде; с твердой и более легкой формой вещества, плавающей в жидкой и более тяжелой агрегатной форме. Твердое и более легкое вещество тонет в более тяжелом и жидком веществе до тех пор, пока оно не вытеснит свой собственный вес в более тяжелом и жидком веществе, а затем всплывает со своим избыточным объемом над поверхностью более тяжелой жидкости, которая в случае льда составляет одну десятую его объема. Иными словами, если бы на озере, где лед был толщиной в десять дюймов, вы должны были бы просверлить дыру во льду до воды, то вода поднялась бы в дыре с точностью до одного дюйма от поверхности льда и осталась бы там. Так вот, именно такое и происходит с литосферой. Она погружается в астеносферу (или подкорковый слой) до тех пор, пока не вытеснит собственный вес вещества астеносферы, и пока не будет достигнуто состояние равновесия. Вещество астеносферы поднимется далеко в литосферу, где бы оно ни находило отверстие или разлом, который доходит до самого дна литосферы".
Исключительно в целях иллюстрации, а не в качестве точной картины фактов, Кэмпбелл сделал очень приблизительный расчет. Предполагая, что литосфера состоит из гранита, который имеет вес 166 фунтов на кубический фут, а астеносфера состоит из soapstone весом 169 фунтов на кубический фут, то выходит, что литосфера на три фунта легче астеносферы, и она будет плавать в более тяжелой астеносфере, оставляя 1,775% от ее объема над поверхностью астеносферы, и поскольку предполагается, что литосфера в этом случае составляет сорок миль в глубину, тогда 1,775% от сорока миль будут составлять 71% мили над верхней частью астеносферы. То есть расплав из soapstone поднялся бы в разлом с точностью до трех четвертей мили от поверхности земли. Предложения Кэмпбелла, по-видимому, дают нам объяснение подъема расплавленной магмы во всемирный среднеокеанский разлом, который не нуждается в предположении о конвекционных потоках.
Резюмируя свои общие соображения относительно последствий смещения сектора литосферы к экватору и гидростатического баланса самой литосферы, Кэмпбелл заметил: "Я думаю, следует подчеркнуть этот момент, так как он разрешает проблему. Геофизики видели разломы в земной коре, видели многие из этих разломов, которые, как они знали, были заполнены снизу, но не могли найти логического решения относительно причины, которая вызывала эти разломы, и они не связывали разломы с образованием наших гор".
К СОДЕРЖАНИЮ книги "Путь полюса.
Кэмпбелл считает, что многочисленные крупные разломы, по мере продвижения литосферы, возникают параллельно друг другу. Образование мелких разломов под прямым углом к основным формирует сетчатый рисунок. Кэмпбеллом был предложен метод визуализации этого процесса. Пусть читатель сложит руки чашечкой, как если бы они лежали на поверхности сферы: при этом пальцы соприкасаются кончиками и между собой сомкнуты. Далее следует вообразить, что сфера начинает увеличиваться: вот она уже отрывает руки друг от друга, отодвигаются и кончики пальцев. В то же время пальцы следует раздвигать. В такой визуализации, промежуток между руками будет представлять собой основной разлом, а промежутки между пальцами каждой руки - мелкие разломы под прямым углом к нему. Далее мы увидим, насколько близка такая визуализация разломов к реальным явлениям в литосфере.
Еще один важный аспект разломов показан на рисунке 33. В силу изменения кривизны поверхности, - по мере продвижения сектора литосферы к экватору, - трещины в секторе открываются снизу и заполняются проникающей в них магмой - на рисунке это отмечено заполнением черного цвета. В то же время трещины в секторах, движущихся к полюсу, наоборот, будут раскрываться сверху. У них меньше шансов достичь источников расплавленной породы; соответственно, они не показаны заполненными. Независимо от того, заполнятся эти трещины или нет (вероятность того, что они заполнятся, существует), формирование образующихся "даек" в горной породе будет сильно отличаться от конфигурации трещин, которые открылись снизу.
Кэмпбелл предположил, что этот способ объяснения существующих структур разломов в литосфере может помочь в поиске руд, большинство из которых встречается в таких "дайках". Можно определять для конкретного региона, относятся ли исследуемые "дайки" к полюсному типу, или к экваторному, и из этого уже делать вывод о потенциале "дайки", скоро она иссякнет или же нет. Кэмпбелл считает, что гипотеза открывает дополнительные возможности для исследования литосферы, некоторые из которых в конечном итоге могут оказаться коммерчески ценными.
Для завершения визуализации перемещения важно представлять его продолжительность. Мы уже показывали, что последнее перемещение совершалось, предположительно, в течении 5000 лет. Что также означает, что примерно такое же количество времени было определено для создания рассматриваемой нами системы разломов. Разрыв литосферы в несколько миль и заполнение трещины расплавленным материалом снизу формируются скачкообразно возобновляющимися землетрясениями и вулканической деятельностью, прерывающимися периодами затишья. Очевидно, что такое количество времени достаточно для того, чтобы процесс мог завершиться без глобальных катаклизмов.
Рис. 33. Смещение литосферы: вертикальный вид.
Этот рисунок иллюстрирует ряд одновременных эффектов перемещения. В верхнем правом квадранте показан сектор литосферы, смещенный к экватору - изменение кривизны поверхности (R°) приводит к открытию разломов снизу. В нижнем правом квадранте показан сектор литосферы, смещенный к полюсу. Здесь уменьшение кривизны поверхности (в оригинале - @увеличение дуги поверхности@ - R°) приводит к тому, что разломы открываются сверху. На нижнем левом квадранте, представляющем собой вертикальный вид сектора, движущегося к экватору, показаны основные меридиональные разломы, которые открылись снизу. Верхний левый квадрант, представляющий собой вертикальный вид сектора, смещенного к полюсу, показывает меридиональные разломы, открывающиеся сверху.
Рис. 34. Смещение литосферы: закономерности разрушения.
На этом рисунке представлен механизм разрывов и складчатости. В целях иллюстрации, все эффекты сосредоточены на меридиане максимального смещения литосферы. Таким образом, в верхнем полушарии показан только один крупный меридиональный разлом, который движется к экватору. Пунктирные линии указывают на другие разломы, открывающиеся на дне литосферы по мере уменьшения дуги поверхности. При движении к полюсу, перпендикулярно экватору, происходит сжатие поверхности: продолжение основного разлома показано в виде выдавленного хребта, который впоследствии может стать главной осью горного массива.
Также, в целях иллюстрации, полагаем, что все складки будут появляться вдоль меридиана максимального смещения. Главный разлом заполняется магмой, магма затвердевает, расширяя литосферу, и увеличивает складчатость в нижнем полушарии, которое движется к полюсу. В нижней полусфере непрерывные линии указывают на трещины, открывающиеся сверху, по мере увеличения дуги поверхности. Далее должно рассмотреть вопрос, который относится и к горообразованию, и в то же время затрагивает еще одну из главных нерешенных проблем геологии. Это связано с нашей фазой экваториального смещения, с заполнением трещин расплавленной магмой снизу. Кэмпбелл считает, что заполнение трещин является первым шагом горообразования или, по крайней мере, формирования геосинклинали. Очевидно, что процесс может начаться в других точках; поэтому наши схемы лишь вопрос удобства, имеющего цель представить читателю ясную картину процесса.
Но Кэмпбелл подчёркивает, что процесс заполнения трещин и последующее затвердевание вторгшегося материала способствуют расширению литосферы; площадь поверхности увеличилась. Когда в будущих сдвигах литосферы эта область пройдет через экватор к полюсу или переместится к полюсу от того места, где она находится, расширенная поверхность должна будет поддаться результирующему сжатию, складываясь больше, чем это могло бы быть, если бы не было расплавленных вторжений. Поэтому разумно назвать такое первым шагом в горообразовании, хотя пока еще нет складчатости и подъема горных пород.
Вопрос о вторжениях расплава в литосферу поднимает еще один важный момент. До сего дня подъем расплавленного вещества в литосферу было очень трудно объяснить. Геологи размышляли о том, какая сила могла взорвать и поднять расплавленное вещество, образовавшее бесчисленные "дайки" и "пороги" ("dikes" and "sills"), как называются образующиеся жилы. Они не смогли прийти к согласию по этому вопросу. Разумного объяснения этим миллионам магматических вторжений в литосферу найдено не было.
Конечно, понятно, что литосфера - это, в некотором смысле, плавающая кора. Предполагается, что материалы, из которых она состоит, легче, чем материалы ниже, и являются твердыми по сравнению с пластичным или вязким состоянием нижележащих слоев. Литосферу можно рассматривать как плавающую в гидростатическом равновесии в полужидком нижнем слое. Так, как правило, говорят и понимают геологи. Логично, что, если бы два, или более, литосферных блока разделились, то расплавленный материал стал бы подниматься по трещине, а блоки, напротив, стали бы опускаться до момента, пока трещины не заполнятся достаточно для установления гидростатического баланса. Такое представление не решило проблему; это не помогло, потому что никто не мог себе представить причину, которая могла бы привести к разделению литосферных блоков.
Для тех, кто любит упрощать сложные проблемы, стоит рассмотреть изложение Кэмпбелла по этому вопросу. Он предполагает, что концепция большого сектора литосферы, растянутого и, следовательно, разломанного в бесчисленных местах одновременно, позволяет провести сравнение с ледяным покровом, который во время таяния и ледохода подвергается разрушению. Точно так же, как отдельные куски льдины тонут до тех пор, пока вытесненная вода не поднимется в трещинах, уравновешивая вес этих кусков - эта картина визуализирует поведение литосферы во время ее смещения к экватору. Кэмпбелл видит в этом объяснение того факта, что, хотя литосфера и пронизана всевозможными магматическими вторжениями, вряд ли когда-либо случалось, что они достигали поверхности земли.
Он сравнивает поведение литосферы во время смещения с поведением льда следующим образом: "Литосферу (или кору) можно сравнить со льдом, плавающим на воде; с твердой и более легкой формой вещества, плавающей в жидкой и более тяжелой агрегатной форме. Твердое и более легкое вещество тонет в более тяжелом и жидком веществе до тех пор, пока оно не вытеснит свой собственный вес в более тяжелом и жидком веществе, а затем всплывает со своим избыточным объемом над поверхностью более тяжелой жидкости, которая в случае льда составляет одну десятую его объема. Иными словами, если бы на озере, где лед был толщиной в десять дюймов, вы должны были бы просверлить дыру во льду до воды, то вода поднялась бы в дыре с точностью до одного дюйма от поверхности льда и осталась бы там. Так вот, именно такое и происходит с литосферой. Она погружается в астеносферу (или подкорковый слой) до тех пор, пока не вытеснит собственный вес вещества астеносферы, и пока не будет достигнуто состояние равновесия. Вещество астеносферы поднимется далеко в литосферу, где бы оно ни находило отверстие или разлом, который доходит до самого дна литосферы".
Исключительно в целях иллюстрации, а не в качестве точной картины фактов, Кэмпбелл сделал очень приблизительный расчет. Предполагая, что литосфера состоит из гранита, который имеет вес 166 фунтов на кубический фут, а астеносфера состоит из soapstone весом 169 фунтов на кубический фут, то выходит, что литосфера на три фунта легче астеносферы, и она будет плавать в более тяжелой астеносфере, оставляя 1,775% от ее объема над поверхностью астеносферы, и поскольку предполагается, что литосфера в этом случае составляет сорок миль в глубину, тогда 1,775% от сорока миль будут составлять 71% мили над верхней частью астеносферы. То есть расплав из soapstone поднялся бы в разлом с точностью до трех четвертей мили от поверхности земли. Предложения Кэмпбелла, по-видимому, дают нам объяснение подъема расплавленной магмы во всемирный среднеокеанский разлом, который не нуждается в предположении о конвекционных потоках.
Резюмируя свои общие соображения относительно последствий смещения сектора литосферы к экватору и гидростатического баланса самой литосферы, Кэмпбелл заметил: "Я думаю, следует подчеркнуть этот момент, так как он разрешает проблему. Геофизики видели разломы в земной коре, видели многие из этих разломов, которые, как они знали, были заполнены снизу, но не могли найти логического решения относительно причины, которая вызывала эти разломы, и они не связывали разломы с образованием наших гор".
К СОДЕРЖАНИЮ книги "Путь полюса.