Формування рельєфу Землі. Гіпотеза дрейфу материків. Теорія тектоніки плит

На початку XX ст. німець А. Веґенер висловив гіпотезу дрейфу материків (1912), за якою визнавали, на відміну від попередніх, фіксистських гіпотез, потужні горизонтальні переміщення континентальних брил по субстрату й утворення океанічних западин у середині мезозою. Ще 1596 р. данець А. Ортеліус у праці "Thesaurus Geographicus" висловив думку, що Америка була відторгнута від Європи й Африки землетрусами і потопами. Цей висновок він зробив на підставі подібності берегових ліній континентів. У 1858 р. географ А. Снайдер-Пеллеґріні зробив дві карти своєї версії колишньої єдності Америки й Африки. Однак лише у 1912 р. 32-річний німецький метеоролог Альфред Лотар Веґенер увів поняття дрейфу континентів і запропонував гіпотезу, що 200 млн. років тому Пангея почала розпадатися. А. дю Туа, професор геології Йоганнесбурзького університету і послідовник ідей А. Веґенера, припустив, що спочатку Пангея розпалася на північну і південну частини, Лавразію та Гондвану, відповідно.
На користь своєї гіпотези А. Веґенер як аргументи навів, окрім подібності берегової лінії, спільність органічного світу сучасних континентів і продовжуваність геологічних структур, давніших, ніж мезозойські. Якби колись Атлантичний океан був таким широким, як нині, то живі істоти навряд чи змогли б подолати цей природний бар'єр на шляху з Європи чи Африки до Америки, отже, згадані частини світу раніше були з'єднані.
Однак на початку XX ст. мобілістських ідей А. Веґенера не оцінили. Фатальне найслабше місце його гіпотези – не було відповіді на питання: які сили могли бути настільки сильними, щоб переміщувати колосальні маси порід на величезні відстані? Певно, не останньою причиною несприйняття цих ідей стало й те, що А. Веґенер не геолог за спеціальністю, а астроном (мав докторський ступінь), який згодом захопився метеорологією; крім того, він ще був полярним дослідником і загинув 1930 р. під час вивчення Ґренладії. Така широта наукових зацікавлень і звичка не пов'язувати себе межами тієї чи іншої дисципліни допомогли по-новому оцінити всім давно відомі факти і висунути революційну гіпотезу.
Учений в обговоренні проблеми дрейфу материків використав дані палеонтології, стратиграфії, палеокліматології, тектоніки тощо. Ось що він писав 1928 р. у передмові до четвертого видання книги "Походження континентів і океанів": "Досі ще не всі дослідники повною мірою усвідомили той факт, що для розкриття таємниці минулого вигляду нашої планети повинні зробити внесок усі науки про Землю і що істина може бути з'ясована лише шляхом об'єднання даних усіх галузей знання".
Набагато більшу підтримку у першій половині XX ст. мали пульсаційна гіпотеза (У. Бухер, М. Усов, В. Обручев) про чергування періодів стискування і розширення Землі; гіпотеза розширення Землі німця О. Гільґенберґа (1933), яку розвивали також угорець Л. Едьєд, австралієць В. Кері. Остання гіпотеза узгоджується з геологічними даними, у будь-якому випадку, не суперечить їм. За розрахунками, Земля й справді розширюється зі швидкістю 1 мм за рік. Найслабше місце в цій гіпотезі – відсутність теоретичної бази і неможливість пояснити причину явища.
У 30-50-ті роки XX ст. найбільшого визнання набули уявлення про провідну роль вертикальних рухів унаслідок підняття з підкорових глибин легшого і розігрітішого матеріалу – продуктів диференціації мантії (В. Бєлоусов, Р. ван Беммелен). Однак нові відкриття в геофізиці та дослідження океанів спонукали повернутися до ідей А. Веґенера, і сформувалася теорія тектоніки плит (нова глобальна тектоніка) – сучасний варіант концепції мобілізму. Головні положення тектоніки плит сформульовані у 1967-1968 pp. групою американських фізиків (У. Дж. Морґан, К. ле Пішон, Дж. Олівер, Дж. Айзеке, Л. Сайкс), які розвинули більш ранні (1961-1962) ідеї американців Г. Гесса та Д. Дітца про розширення (спрединґ) ложа океанів і М. Вільсона про трансформні розломи (1965).

Загалом, чотири наукові узагальнення спричинили формування теорії тектоніки плит:
- нові дані про рельєф дна океанів та з'ясування їхньої молодості;
- підтвердження зміни положення магнітних полюсів у геологічному минулому;
- гіпотеза розходження океанів по зонах рифтів;
- документація того, що землетруси й вулканізм зосереджені вздовж океанічних жолобів і хребтів.

Розглянемо їх детальніше.
До XIX ст. дно океанів уважали плоским, хоча окремі навігатори вже у XVI ст. стверджували протилежне. Лише у XIX ст. почалися цілеспрямовані батиметричні вимірювання Атлантики й Карибів. Уперше про підводні гори у Центральній Атлантиці написав лейтенант американського флоту М. Морі (1855), існування піднять на дні підтвердилося тоді, коли прокладали трансатлантичний
телеграфний кабель. Подібну до сучасної картину дна отримали вже після Першої світової війни, застосовуючи ехолокацію.
У 1947 р. сейсмологи США на дослідницькому кораблі "Атлантіс" з'ясували, що донні відклади значно тонші, ніж уважали. Якщо океани були такі ж давні, як материки, то чому така мізерна потужність осадових відкладів? Пошуки відповіді на це питання спонукали до зародження теорії тектоніки плит. П'ятдесяті роки XX ст. – час масового дослідження дна океанів. Виявилося, що існує ціла система океанічних хребтів близько 50 000 км завдовжки і 800 км завширшки.
З 50-х років XX ст. учені почали використовувати також магнітометри (прилад для вимірювання напруженості магнітного поля), за допомогою яких під час війни виявляли підводні човни. На початку XX ст. француз Б. Брюнес (1906) і японець М. Матуяма (1920-ті) розділили породи на дві групи – з нормальною полярністю, такою, як тепер, і зворотною, яка свідчить про інверсії магнітного поля Землі. Зазначимо, що породи зберігають той напрям намагнічення, що був під час їхнього утворення. Після досліджень з магнітометрами склали карти, на яких дно океанів нагадувало зебру, бо за смугою порід з нормальною полярністю йшла смуга порід зі зворотною полярністю, далі знову з нормальною і так далі.
З 1961 р. на підставі отриманих даних зроблено такі висновки: у рифтах чи близько біля них породи молодші і старішають з віддаленням від серединно-океанічних хребтів; наймолодші породи на межі рифтів мають нормальну полярність; смуги порід ідуть паралельно до рифтів і змінюють полярність багато разів. З цього випливало, що Земля нібито розширюється, одночасно не змінюючи своїх розмірів. На питання: як саме утворюється нова земна кора без змін розміру Землі, намагалися відповісти Г. Гесс і Р. Дітц, який уперше використав термін "спрединґ дна океанів". Вони запропонували схему, за якою кора, що утворюється в серединно-океанічних хребтах, рухається до материків і руйнується в глибоководних жолобах у зоні субдукції. За Г. Гессом, Атлантичний океан розширюється, тоді як Тихий звужується, тому земля не може розширитися. А постійний рух не дає змоги нагромадитися потужним товщам порід.
Ще один доказ теорії тектоніки плит дали дослідження землетрусів. Найбільше їх відбувається біля океанічних жолобів і на серединно-океанічних хребтах, вогнища ж розташовані на глибині сотні кілометрів у зонах Вадаті-Беньофа (чи просто Беньофа). Ці зони саме припадають на визначені Г. Гессом місця утворення (хребти) і знищення (жолоби) океанічної кори.
Отже, земна кора складається з семи великих плит (Тихоокеанська, Євразійська, Африканська, Індо-Австралійська, Антарктична, Північноамериканська, Південноамериканська) і кількох менших. Види рухів плит такі: розходження (дивергенція, спрединґ) у серединноокеанічних хребтах; сходження (конвергенція, субдукція) по периферії океанів, там, де океанічна кора підсувається під материкову; ковзання вздовж трансформних розломів.
Як уважають сьогодні, рух плит по поверхні астеносфери відбувається за теоремою Л. Ейлера, яка описує рух жорсткої оболонки по поверхні сфери, а причина зміщення літосферних плит – теплова конвекція у мантії Землі.
Проте завдяки дослідженням 1967-1968 pp. на платформі "Ґломар Челленджер" стала очевидною більша, ніж передбачали, складність процесів переміщення плит; існування внутрішньоплитних деформацій і магматизму, не пояснюваних теорією; розшарування плит по вертикалі з диференційованим зміщенням шарів; неясність характеру конвекції в мантії. Як зазначив В. Хаїн, теорія тектоніки плит не пояснює періодичних змін інтенсивності тектонічних рухів і деформацій, існування стійкої глобальної мережі розломів тощо. Не з'ясоване питання початку дії тектоніки плит в історії Землі, оскільки прямі ознаки плито-тектонічних процесів (офіоліти як показник спрединґу, пояси метаморфізму високих тисків як показник субдукції) відомі лише з пізнього протерозою-рифею.
Американські дослідники вже у 90-х роках XX ст. визнали, що від часу зародження тектоніка плит намагається бути такою ж основою наук про Землю, як дослідження атома в фізиці чи еволюційна теорія в біології, проте досі головні її аспекти породжують дебати в науковому світі. За іронією долі, одне з головних обговорюваних питань те ж, що й на початку XX ст.: які сили рухають плитами? Як теорія літосферних плит спрацьовувала на ранніх етапах розвитку Землі? Які процеси відбувалися чи відбуваються на інших планетах Сонячної системи?

1. Белоусов В.В. Основы геотектоники. – М.: Недра, 1989. – 381 с.
2. Войткевич Г.В. Основы теории и происхождения Земли. – М.: Недра, 1988.- 110 с.
3. Герасимов И.П., Мещеряков Ю.А. Геоморфологический этап в развитии Земли // Изв. АН СССР. Сер. геогр. – 1964. – №6.
4. Муратов М.В. Происхождение материков и океанических впадин. – М.: Наука, 1975. – 176 с.
5. Основные проблемы рифтогенеза. – Новосибирск: Наука, 1977. – 223 с.
6. Рид Г., Уотсон Дж. История Земли. Ранние стадии истории Земли / Пер. с англ. – Л.: Недра, 1981. – 240 с.
7. Рудник В.А., Соботович Э.В. Ранняя история Земли. – М.: Недра, 1984. – 319 с.
8. Современная динамика литосферы континентов. – М.: Недра, 1991. – 279 с.
9. Сорохтин О.Г., Ушаков С.А. Глобальная эволюция Земли. – М.: Изд-во Москов. ун-та, 1991. – 446 с.
10. Хаин В.Е., Михайлов А.Е. Общая геотектоника: Учеб. пособие для вузов. – М.: Недра, 1985. – 325 с.