В истории развития общих представлений о возможностях различного рода глобальны) построений в связи с исследованием вулканической деятельности Земли может быть выделено по крайней мере два важнейших периода.
Первый из них охватывает время от первых обобщений Зюсса до появления итоговых работ по результатам изучения рельефа и других особенностей строения океанического дна в трудах Хизена Юинга, Менарда и других исследователей. Первый период продолжался, следовательно, с конца прошлого до середины текущего столетия; второй — отвечает нынешнему времени.
В течение первого периода была создана система представлений о геологического строении континентов, основанная на результатах детального изучения и картирована различных регионов земного шара, подтвержденная данными бурения до глубин 3—5 км для многих и достаточно обширных территорий. На глазах наших современников закрывались последние «белые пятна» на геологических картах различных регионов мира. Создавались различные теоретические концепции, объясняющие природу выявленного проведенными исследованиями земного лика. Сформировались генеральная теоретическая линия в развитии геологической науки, основанная на представления) о геосинклиналях как колыбели горных сооружений. Последовательная разработка теории геосинклиналей стала стержневой во всей системе геологических исследование и явилась основой для прогнозирования поисков месторождений полезных ископаемых.
На фоне блестящих достижений в изучении геологического строения континентов и разработке теории геосинклиналей как основы для практических приложений пре выявлении полезных ископаемых, необходимых человечеству во всевозрастающих количествах, обширные акватории земного шара, составляющие около 2/3 его поверхности, оставались безмолвными и выглядели почти плоскими пространствами закрытыми на геологических картах малодифференцированной по оттенкам голу бой краской, на фоне которой континенты блистали разнообразием ярких цветов и их вариаций. Среди невыразительных голубых океанических просторов едва намечалась область сравнительно малых глубин лишь вдоль осевой линии Атлантического океана, некоторые исследователи считали его современной геосинклиналью.
Между тем с помощью курсирующих в океанах кораблей, использующих созданную в середине века технику автоматической регистрации глубин, уже в конце 50-х годов текущего столетия стало возможным систематизировать и обобщить совершенно новые данные о рельефе океанического дна. Обобщения были ошеломляющими в глобальном строении планеты обозначилась ранее неизвестная исключительно своеобразная черта. Срединная область малых глубин Атлантики оказалась лишь частные элементом рельефа подводных пространств Земли, частью огромной протяженности (до 80 000 км) почти непрерывного пояса срединно-океанических поднятий, следующих через все океаны. Смежные континенты, разделенные подводными поднятиями расположились по отношению к ним почти идеально симметрично.
При ширине 1000—4000 км срединно океанические поднятия или, как их стали называть, срединно-океанические хребты, хотя с хребтами континентов их сходстве весьма относительно, возвышаются над океаническим дном, погруженным на глубину около 5 км, всего лишь на 2—5 км. Они отличаются, таким образом, крайне пологими склонами, составляющими доли градуса и обычно не превышающими 1—2°. Сейчас эти поднятия видны на всех учебных географических картах и известны даже школьникам, но до недавнего времени об их существовании и огромной роли в формировании лика Земли никто даже не подозревал.
К исследованию срединно-океанических поднятий в последующие годы было при ковано всеобщее внимание, и их строение подверглось всестороннему исследованию. Но что было очевидно сразу же, это полное отсутствие возможностей истолковать их так, как пытался объяснить срединное поднятие Атлантики Э. Ог, считая его прообразом геосинклинали.
В процессе детального изучения срединно-океанических поднятий удалось выяснить ряд характерных черт их строения, которые здесь могут быть рассмотрены лишь очень кратко. Прежде всего, общее линейное протяжение поднятий оказалось нарушенным поперечными структурами, представляющими систему возвышающихся над океаническим дном гряд или врезанных в него желобов иногда в тысячи километров длиной. Эти структуры, как выяснилось, не только пересекают срединные поднятия, но еще и смещают полосовые магнитные аномалии, следующие параллельно оси поднятий, иногда на многие сотни километров, так же как и при обычных сдвигах. Тем не менее предполагается, что наблюдаемые смещения полосовых магнитных аномалий тесно связаны с процессом формирования самих поднятий и, следовательно, отличаются от сдвигов происхождением, поэтому их стали называть трансформными разломами. Впрочем, такая точка зрения не всеми разделяется.
Вдоль осевой зоны срединно-океанических поднятий М. Тарп выявила сравнительно устойчивое размещение продольных линейно вытянутых узких впадин, названных рифтами, так как эти грабенообразные впадины расположены на пологих поднятиях, имеющих в поперечном сечении вид сводов. Во внутреннем строении поднятий также обнаружились черты своеобразия. Вдоль осевой их зоны, намечаемой центральной продольной рифтовой впадиной, были обнаружены полосовые магнитные аномалии, в общем симметрично расположенные по обе стороны от нее и постепенно угасающие вдали от оси. Выяснилось, кроме того, что вдоль срединно-океанических поднятий наблюдаются повышенные значения так называемого теплового потока, в пределах осевой зоны превышающие величины 3∙10-19 кал/см2. Выявились также гравитационные и другие аномалии, следующие вдоль срединно-океанических поднятий, в частности преимущественное расположение вдоль них фокусов происходящих в океанах землетрясений.
Все эти совершенно неожиданные новые данные требовали объяснения, тем более что, исходя из основных сложившихся к тому времени представлений теории геосинклиналей, разработанной на основе изучения строения континентов, какие-либо истолкования этих новых данных оказались невозможными. Между тем бросающаяся в глаза симметрия срединно-океанических поднятий на огромных пространствах акваторий вполне отвечала забытым в теории геосинклиналей и, в сущности, отвергнутым ею идеям крупных горизонтальных перемещений континентов, расходящихся в стороны от некоторой линейной зоны, сохраняя сходство обращенных к ней краевых очертаний. Именно эта черта впечатляющего сходства материковых окраин Европы и Африки на востоке и Северной и Южной Америки на западе издавна привлекалась к обоснованию концепций, предполагающих раздвижение континентов, наиболее ярко и в разных аспектах рассмотренное А. Вегенером.
Однако в настоящее время, когда известно грандиозное протяжение зоны срединно-океанических поднятий, симметрично расположенной относительно смежных континентов, привлекая концепцию горизонтальных перемещений континентов, приходится говорить об исключительно важной роли этой зоны как генератора «новой коры». В самом деле, если континенты разошлись, оставляя некоторое свободное пространство, то оно должно быть заполнено какими-то новообразованиями. Подтверждение этому, по-видимому, нетрудно найти, так как на осевой зоне срединно-океанических поднятий расположена Исландия с ее исключительно активным современным вулканизмом, наиболее молодым в центральной рифтовой зоне этого острова. В той же зоне расположены современные вулканы островов Азорских, Сан-Паулу, Вознесения, Тристан-да-Кунья, Буве, Крозе, Кергелен. Впрочем, наиболее ярким является пример Исландии; по мере продвижения от нее на юг и далее при переходе от Атлантики к Индийскому и Тихому океанам картина связи молодого вулканизма с зоной срединно-океанических поднятий становится менее отчетливой. Тем не менее представление о формировании «новой коры» в осевой зоне срединно-океанических поднятий сейчас является основой всех глобальных концепций, опирающихся на новые данные о строении океанов.
Объяснение было дано также и той черте строения океанического дна, которая выражена полосовыми магнитными аномалиями. Они были сопоставлены с хронологической шкалой инверсий магнитного поля Земли, установленной палеомагнитными исследованиями, и получили датировку, соответствующую выдвинутому представлению об их сопоставимости. Наиболее близкие к осевой зоне полосовые магнитные аномалии стали интерпретироваться как самые молодые, а удлиненные — как более древние образования, отвечающие последовательным стадиям раздвижения континентов.
Крупнейшие достижения в изучении строения океанического дна связаны, кроме того, с выявлением в его пределах огромного количества конических гор, имеющих вид типичных вулканических конусов, а также с его бурением. Конических гор, места ми со срезанными верхушками (гайоты), перекрытыми молодыми осадками, только в Тихом океане насчитывается более 2000, а по расчетам Менарда, их количество может достигать здесь 10 000. Таким образом, сейчас очевидно, что вулканическая активность недавнего времени (конические горы имеют прекрасную сохранность) распространялась на обширные пространства океанического дна, не ограничиваясь срединно-океаническими поднятиями. То же подтверждают и данные бурения, повсеместно вскрывающие непосредственно на океаническом дне или под маломощным чехлом осадков преимущественно базальтовые лавы, переслаивающиеся с прослоями осадочных пород. Общее количество пробуренных скважин достигает уже почти 1000 или, быть может, несколько превышает эту величину, и многие из них уже проникли в фундамент океанического дна на глубине свыше 1000 м, а некоторые достигли почти 2000 м. Хотя это количество скважин очень велико, оно относится к огромным пространствам океанов, в 2 раза превышающим площадь континентов, где общее число скважин исчисляется миллионами, а вскрытые в горных сооружениях деформированные толщи позволяют рассматривать разрезы осадочных толщ до глубин, измеряемых первыми десятками километров. К тому же на континентах появились скважины, проникающие в недра Земли на глубину более 10 000 м. Глубочайшей из них является пробуренная в нашей стране скважина на Кольском полуострове.
Новые данные по строению океанического дна затрагивают также проблему континентальных окраин. По этим данным, наряду с пассивными окраинами, сохраняющими черты сходства очертаний по обе стороны от осевой зоны срединно океанических поднятий, что подчеркивает вероятность раздвижения континентов, имеются края континентов, ограниченные системой островных дуг, сопровождаемых глубоководными желобами. В сущности, вся система окраин Тихого океана имеет именно такой вид, и, следовательно, мы возвращаемся к давно известному разделению континентальных окраин на атлантический и тихоокеанский типы, различающиеся по особенностям строения береговой линии Сейчас, однако, эти различия выглядят иначе, чем в давнишних построениях Э Зюсса, потому что Тихоокеанские окраины сопровождаются четкими отличиями глубинного строения Вдоль них следуют так называемые сейсмофокальные зоны, наклоненные под континент и фиксируемые расположением фокусов землетрясений вплоть до глубин, измеряемых сотнями километров и достигающих 700 км. Обычно эти зоны выходят на поверхность в области глубоководных желобов, что позволяет рисовать соответствующие разрезы, изображающие сочленение океанической коры мощностью около 10 км с корой континентального типа мощностью 40—70 км В современных представлениях такие краевые зоны с тихоокеанским типом берегов, которые сопровождаются глубинными сейсмическими проявлениями, рассматриваются как активные окраины зоны поддвигания («субдукции») литосферных плит, перемещающихся вдоль астеносферного слоя по направлению от системы срединно-океанических поднятий в сторону зон поддвигания.
Иной тип сочленения представляют пассивные окраины континентов, в которых отсутствуют сейсмофокальные зоны и для которых типичны берега атлантического типа. Выдвигаемое сейчас представление о перемещающихся плитах и насаженных на них континентах, а не просто о движущихся континентах, позволяет в современных мобилистских построениях избежать тех затруднений, с которыми столкнулись ранее защитники Вегенеровской концепции, предполагая, что сиалические блоки движущихся континентов как бы «плавают» по базальтовому слою. Старым представлениям противоречили данные о сейсмофокальных зонах Тихоокеанских окраин, где глубокофокусные землетрясения однозначно указывали на твердое, а не пластическое состояние вещества земных недр до глубин 700 км. В новых построениях те же сейсмофокальные зоны служат защитой от идей, развиваемых сторонниками представлений о расширяющемся земном шаре. В самом деле, если бы не эти зоны, где предполагается, что раздвижение плит, сопровождаемое образованием «новой коры», компенсируется механизмом их погружения вновь в глубокие недра Земли, неизбежно пришлось бы допускать, что вся совокупность предлагаемых представлений о раздвигающихся плитах подтверждает возможность расширения нашей планеты.
Непосредственное отношение к проблемам глобальных палеовулканологических построений имеет еще одно представление, основанное на идеях перемещения плит. Речь идет о некоторых особенностях строения срединно-океанических поднятий и соответствующих выводах. Во-первых, выяснилось, что расположение таких поднятий не столь строго закономерно, как это предполагалось первоначально. В частности, срединно-океаническая зона, намеченная в виде линии весьма отчетливо Менардом в Тихом океане и следующая примерно от о-ва Пасхи в северо-западном направлении через о-ва Туамоту и Лайн, не может рассматриваться как классический тип срединно-океанического поднятия. Сам Менард позднее показал, учитывая различные данные, в том числе о тепловом потоке, что срединно-океаническое поднятие от о-ва Пасхи следует не на северо-запад, а на северо-восток и, образуя коленообразный изгиб, примыкает к берегам Северной Америки в районе Калифорнийского побережья, скрываясь, таким образом, под континент, т е. приобретая краевой, а не срединный облик. Во-вторых, в районе о-ва Св. Павла в Индийском океане от срединно-океанического поднятия отходит в северном направлении ветвь, следующая по направлению к Аденскому заливу и сходным образом уходит прямо под континент. Таким образом, по крайней мере в двух местах срединно-океанические поднятия или их ответвления непосредственно сочленяются с континентами. В районе Аденского залива такое ответвление системы поднятий продолжается на континенте рифтовой зоны Восточной Африки, расположенной на континенте.
Важным моментом в рассмотренной ситуации существования ответвлений срединно-океанических поднятий является определение роли Гавайских островов, расположенных, по Менарду, вблизи срединной линии Тихого океана, следующей на севере по направлению к азиатским берегам. Гряда этих островов примечательна тем, что на крайнем юго-востоке она заканчивается островом, несущим действующие вулканы Мауна-Лоа и Килауэа, тогда как на всем остальном протяжении гряды активность давно уже прекратилась, причем тем раньше, чем дальше острова гряды расположены относительно действующих вулканов. Речь могла бы идти о мигрирующем на юго-восток вулкане, возникающем на перемещающемся в том же направлении окончании трещины, но более простым представляется с позиций, предлагаемых концепций движущихся плит, перемещение плиты над некоторой неподвижной точкой, в которую сравнительно устойчиво подаются расплавы с глубин ниже плиты, т. е. находящихся в пределах по крайней мере верхней мантии, если не глубже. Именно это допущение для Гавайской гряды выдвинули Морган и Вилсон, предложив идею горячих точек, или пятен (hot spots), и мантийных плюмажей, или струй (mantle plumes), отклоняющих поток поднимающихся из недр расплавов по направлению движения перемещающейся плиты. Таким образом, по расположению вулканических гряд аналогичного типа, существование которых можно предполагать и в других регионах, как и современной ситуации, так и в прошлом представилось возможным определять даже направление перемещения плит.
В общих представлениях концепции движущихся плит важную роль играют также данные о распространении на Евразийском континенте вулканических, сейсмических и складчатых зон, как бы продолжающих в общем направлении на запад сейсмофокальную зону, сопровождающую активный вулканизм Индонезийской островной гряды. Основываясь на том, что известно в отношении размещения срединно-океанических поднятий с их ответвлениями, а также сейсмофокальных зон предполагаемого поддвигания плит под континенты, был выявлен ряд плит. Первоначально их было намечено всего шесть, в том числе Тихоокеанская, Американская, Африканская, Евразийская, Индо-Австралийская и Антарктическая, но затем количество плит было увеличено за счет вовлечения в обсуждение ряда дополнительных предположений; таким образом были выделены, в частности, плиты Наска, Кокос на востоке и Филиппинская на западе Тихого океана. Сомалийская, Аравийская, Китайская, а затем еще и другие. Возникло даже представление о возможности выделения микроплит.
Естественно, что для анализа проблемы глобальных палеовулканологических реконструкций необходимо ясно представлять значение новых данных о строении дна океанов, для оценки которых приведены только играющие в таком плане роль важнейшие моменты, являющиеся основой современных представлений о движущихся плитах, или о так называемой плитной тектонике. В свете приведенного выше краткого обзора этих новых данных становится вполне очевидным, что при их истолковании в духе тектоники плит практически не учитывалось все многообразие сведений, которыми можно сейчас располагать в отношении строения континентов. Более того, основная теоретическая концепция, разработанная в процессе углубленного и детального изучения геологического строения обширных территорий континентов, — теория геосинклиналей оказалась нацело отброшенной в новых построениях плитной тектоники. Так возникло противоречие между обобщениями, основанными на изучении материков, опирающимся на теорию геосинклиналей, и концепциями, истолковывающими определенным образом новые данные, полученные при изучении океанического дна, в духе представлений о движущихся плитах.
В таких условиях предпринимаются различные усилия в целях устранения реально возникшего противоречия. Новые построения стремятся привлечь к анализу разнообразных данных, полученных при изучении континентов. При этом либо полностью отбрасывают теорию геосинклиналей как неуниверсальную и соответственно не имеющую глобального характера, либо трансформируют ее в том или ином виде.
В первом случае обычно опираются на данные о распространении гипербазитов, или офиолитов, как индикаторов шовных структур, в которых вскрываются наиболее глубокие части океанического дна, залегающие ниже так называемого второго сейсмического слоя, состоящего преимущественно из базальтов. Такие швы отвечают, как предполагается, былым активным окраинам континентов, вдоль которых происходят не только процессы поддвигания плит, но и их деформации, приводящие к надвиганию океанической коры на край континента с образованием складчатой зоны. Различными способами в таких зонах или в иных структурных ситуациях, связанных, в частности, со сдвигами, реконструируют былое положение плит или отдельных элементов их строения. Соответственно широко используются разного рода палинспастические построения, восстанавливающие картину предполагаемого размещения плит до их столкновения. К таким построениям привлекают различные другие исходные данные, обзор которых мог бы представить результат специального исследования, направленного на изучение современного положения в тектонике, что лежит за пределами задач настоящей работы.
Во втором случае, трансформируя теорию геосинклиналей и редко подчеркивая исключительное значение горизонтальных перемещений, вплоть до возрождения давнишних представлений о покровном строении складчатых горных сооружений, стремятся найти различные стадии их формирования, отвечающие общей эволюции структур земной коры. Предполагают, что эволюция начинается образованием рифтового шва, возникающего в связи с начинающимся раздвижением плит. Затем за счет постоянного притока в осевую зону магматического материала формируется плита, которая постепенно перемещается в сторону от рифтовой оси. В какой-то момент времени движущаяся в горизонтальном направлении плита сталкивается либо с системой островных дуг, либо с окраиной континента, под которые она поддвигается. Если плита несет на себе континент, толщина которого около 70 км против 150—200 км мощности плиты, то с островной дугой может сталкиваться континент. Возможно также столкновение между собой континентов, пассивно перемежаемых плитами, и т. д.
Последовательный ряд эволюции структур при таких построениях сопоставляют с развитием геосинклинали. Предполагают, что его начало определяется формированием рифтовой зоны, вслед за чем в зоне сочленения океана с континентом образуется система островных дуг, затем в этой зоне происходят складчатые деформации, сопровождаемые наращиванием коры континента.
Предлагаемая система построений опирается на представления о латеральной смене структур рифтовая зона — островная дуга — континент, тогда как последовательные стадии развития геосинклинали отвечают не латеральному, а вертикальному ряду сменяющих друг друга комплексов, выявляемых на основании изучения разреза геосинклинали. Затруднения при интерпретации данных о строении геосинклиналей, хорошо известных по результатам изучения геологического строения континентов, возникают также в других аспектах. В частности, представление о плитах, перемещаемых конвекционным течением, влекущим их сперва по горизонтали, затем вниз вдоль сейсмофокальных зон поддвига (так называемых зон субдукции) и после возвратного перемещения в глубинах мантии вновь поднимающимся в осевой зоне срединно-океанического поднятия, трудно совместить с постоянно наблюдаемой, типичной для складчатых сооружений, возникающих из геосинклиналей, картиной надвигания крупных гипербазитовых пластин на осадочные толщи. Возрождаемые сейчас идеи Штейнмановской триады, включающей гипербазиты, габбро с базальтами и кремнистые преимущественно яшмовые породы, свидетельствующие в его построениях о возможности реконструкции океанического дна в разрезах геосинклиналей, в лучшем случае могут указывать на специфику развития геосинклинали, но не имеют прямого отношения к оценке достоверности построений, основанных на представлениях о плитной тектонике. Существование же рифтового этапа в развитии геосинклинали, опираясь на идеи Штейнмана, обосновать по крайней мере очень трудно, если не невозможно. Во всяком случае, в самих исходных построениях плитной тектоники заложено представление о том, что рифтовая зона расположена в осевой зоне срединно-океанического поднятия, а край приходящей в столкновение плиты удален от нее на значительные расстояния и отделяется пространством, в пределах которого возникает новая кора.
Заканчивая общий обзор современной ситуации, определяющей перспективы глобальных палеовулканологических реконструкций, следует подчеркнуть, что возможно было бы еще привлечение к анализу данных о формировании складчатых структур в области так называемых пассивных окраин континентов, а также других частных аспектов плитной тектоники, однако все эти дополнительные данные не внесли бы принципиальных изменений в общую систему рассмотренных тектонических построений.
Важно иметь в виду, во-первых, что несомненно намечаются тенденции к разработке концепций, вовлекающих новые данные по строению океанического дна в анализ богатейшего материала, характеризующего геологию континентов. Эти тенденции достаточно разнообразны и включают как идеи компромисса, предполагающего возможным развивать новые представления с сохранением основных положений и достижений теории геосинклинали, так и концепции, основанные на полном отказе от этой теории. Во-вторых, необходимо также учитывать, что в настоящее время имеются определенные теоретические разработки, основанные на богатейших материалах по геологии континентов, которые существенно расходятся с построениями, обобщающими новые данные изучения строения океанического дна. В итоге разработка единой системы взглядов, охватывающих все те новые данные, которые можно располагать по геологии континентов и по строению океанического дна, является важнейшей, но далеко еще не осуществленной целью и очередной задачей современной геологии.
В таких условиях было бы преждевременно отдавать исключительное предпочтение одной какой-либо концепции, в особенности безоговорочно следовать за теми направлениями развития геологической науки, которые сейчас модны. Необходимо считаться с реальной картиной принципиальных различий между фактической основой, которой можно располагать, изучая геологию континентов, и тем, что известно сейчас для обширных океанических пространств. В первом случае разрезы, вскрывающие недра Земли на глубины до 25 км, а может быть и более, позволяют установить, чем сложены сейчас и из чего ранее состояли различные участки земной коры. Во втором — океаническое дно с очень выразительными вновь выявленными чертами свойственного ему рельефа, рассеченное до так называемого основания (basement), ниже которого проникают в общем еще очень немногочисленные скважины. Для второго случая мы можем расшифровать глубинное строение только геофизическими методами и вынуждены делать различные допущения, стремясь узнать его особенности. Вместе с тем следует иметь в виду, что многие положения теории плит нуждаются еще в более глубокой разработке. Таковы двойственные основы, на которые могут опираться глобальные палеовулканологические реконструкции.
В свете изложенного представляется необходимым дать краткий обзор тех данных, которые имеются сейчас в отношении глобальных черт распределения современных вулканических пород на континентах и в океанах, а затем обратиться к оценке перспектив аналогичного изучения вулканизма в геологическом прошлом нашей планеты.