Для изучения распределения физико-географических процессов по поверхности Земли и с точки зрения геосистемной дифференциации не принципиально важна истинная фигура планеты. Для ландшафтных исследований достаточно знать о том, что Земля пусть и не представляет собой идеальный шар, но, во всяком случае, она шарообразна.
Можно долго размышлять над тем, что произошло бы с планетой, если бы она приобрела кубическую форму, пирамидальную, коническую, цилиндрическую, параллелепипедную… Но это, конечно, всё фантасмагорические теории, не имеющие под собой ничего, кроме способности человека к абстрактному мышлению и фантазированию.
Размеры Земли. Невелики относительно размеров Юпитера, Сатурна и тем более Солнца. Земля по отношению к Солнцу настолько же мала, насколько мало маковое зернышко в сравнении с апельсином. Иными словами, наша планета имеет оптимальные размеры – достаточные для того, чтобы на ней могло существовать человеческое общество и недостаточные для того, чтобы быть еще одним громадным безжизненным шаром, «безнадежно» блуждающим вокруг Солнца.
Перейдем от размышлений к конкретике. Земля имеет следующие параметры. Экваториальный радиус – 6378, 2 километров, полярный – 6356, 9 километров. Полярное сжатие, как говорилось, объясняется вращением Земли вокруг своей оси. Разница в 21 километр практически не сказывается на развитии географической оболочки. Длина экватора – 40 074 км, длина меридиана 40 008 км. И вся площадь земной поверхности равна, следовательно, 510 млн. кв. км.
Подводя итоги вышесказанного, хотелось бы в очередной раз подчеркнуть, что все геофизические, геодезические и астрономические характеристики, которыми обладает Земля, подобраны таким образом, чтобы на ней могла существовать атмосфера, гидросфера, а значит и жизнь.
Строение Земли
Земля, как и другие планеты Вселенной, состоит из концентрических оболочек, называемых геосферами. Слоистое строение имеют практически все природные образования. И на самой Земле в мире живой и неживой природы почти любой природный объект обладает слоистой структурой – будь то обычный камень или дерево. Видимо, слоистость – это всеобщая особенность строения почти всех естественных материальных объектов.
Вещество Земли находится в четырех состояниях: твердом, жидком, газообразном, плазменном. В процессе изучения физико-географических закономерностей ландшафтной оболочки Земли последнее состояние – плазменное – редуцируется. И поэтому мы говорим, что Земля состоит из твердой части, жидкой части и газообразной. Твердая Земля занимает наибольшую часть объема и массы и ограничивается поверхностью земной коры (на суше и под океаном).
«Твердая» Земля
Эта часть нашей планеты состоит из трех геосфер: земной коры, мантии, ядра. Земная кора, объединяемая с верхней частью верхней мантии (до астеносферы), называется литосферой. Но часто под литосферой неправильно понимается только земная кора – без верхней части верхней мантии. Такое определение литосферы неполноценно, поскольку земная кора функционально объединяется с этой частью мантии, составляя с ней одно целое в тектоническом (динамическом) отношении. Именно верхняя мантия содержит в себе энергетические источники для азональных процессов в земной коре и на ее поверхности. А это очень важно.
Строение земной коры. Земная кора делится на четыре типа: 1 – материковая (континентальная) кора;2 – океаническая; 3 – кора переходного (промежуточного, геосинклинального) типа;4 – рифтогенная. Материковая кора составляет тело континентов (включая подводные окраины материков) и прилежащих к ним материковых островов. Океаническая кора образует ложе Мирового океана. Промежуточный (геосинклинальный) тип земной коры свойственен переходным зонам. Этот тип коры специалисты обычно делят на два подтипа: субокеаническая, субматериковая. Рифтогенная слагает срединно-океанические хребты.
Материковая земная кора. Материковая земная кора толще океанической из-за того, что последняя отличается отсутствием «гранитного» слоя. Наибольшей толщины континентальная кора достигает под горными системами, которые имеют мощные «корни» и сами по себе высоко поднимаются над уровнем Океана. «Корни» гор зеркально повторяют неровности внешнего рельефа.
Материковая земная кора состоит из трех слоев: осадочного, «гранитного», «базальтового».
Поверхность осадочного слоя (стратисферы) вместе с почвой образует дневную поверхность. На щитах древних платформ данный слой почти отсутствует (представлен незначительным покровом четвертичных пород в несколько сантиметров). То есть щиты – это места выхода на поверхность «гранитного» слоя, сильно метаморфизированного и состоящего из смятых в мелкие сложные складки горных пород докембрия.
Осадочный слой состоит из пластов осадочных горных пород различного возраста, кроме докембрийского. Все они «выпали» осадком на поверхность в водной или воздушной среде, а также накопились в результате химических реакций и отложения биогенного материала.
«Гранитный» слой состоит не только из гранита, но и из гнейсов, кристаллических сланцев и пр. То есть его составляют метаморфические и магматические породы.
При изучении «базальтового» слоя ученые испытывают большие трудности. Самая глубокая скважина пока не достигла и глубины 13 км. Этого абсолютно недостаточно не то что для детального изучения «базальтового» слоя, но и даже для «гранитного».
Электромагнитные исследования говорят о том, что «базальтовый» слой состоит из пород, которые близки к базальтам. Они являются магматическими по генезису, но намного сильнее метаморфизированы, чем породы вышележащего слоя.
Граница Мохо отделяет базальтовый слой от мантии. Здесь наблюдается резкое возрастание скорости сейсмических волн.
Континентальная земная кора имеет среднюю толщину 50 км. На равнинах – от 30 до 40, в горах – до 70 километров. Для сравнения: океаническая земная кора – от 5 до 10 километров.
Мощность осадочного слоя материковой земной коры колеблется от 0 до 25 километров. Остальную толщину земной коры этого типа занимают «гранитный» и «базальтовый» слои.
Мантия. Еще более труднодоступна для человека мантия. Она занимает приблизительно 83% от объема всей Земли (земная кора – 1%). Мантия граничит с ядром на глубине около 3000 км. Вся мантия делится на верхнюю, среднюю и нижнюю. О последних двух частях сказать что-либо существенное и полезное практически невозможно. Существует предположение, что они находятся в кристаллическом состоянии. Часть верхней мантии – астеносфера – разжиженная, вязкая оболочка, по которой «скользят» блоки литосферы (т. н. литосферные плиты) вместе со своими континентами.
Ядро. Это внутренняя оболочка «твердой» Земли. Занимает 16% от объема всей планеты. Оно состоит из двух частей – внешней и внутренней. Внутреннее ядро (субъядро) – твердое, внешнее ядро – вязкое. Теоретически ядро состоит из никелистого железа. Примерно такой же состав имеют железные метеориты. Но существует и другой взгляд, согласно которому ядро имеет в целом такой же состав, как и мантия, но вещество ядра находится из-за высокой плотности в ином состоянии – металлизированном. Температура ядра выше, чем температура верхних слоев Солнца – 10 000 К. В диаметре ядро достигает 7 тыс. км (внутреннее ядро – 4400 км).
Мы видим, что состояние вещества «твердой» Земли меняется от твердого к «жидкому» и обратно: литосфера – твердая, астеносфера – «вязкая», нижняя мантия – твердая, внешнее ядро – расплавленное, внутреннее ядро – твердое. В связи с этим рассматриваемую часть Земли можно дифференцировать на пять ступеней, чередующихся по фазовому состоянию вещества.
Основные модели развития земной коры
На сегодняшний день совершенно ясно, что континентально-океанический рисунок земной поверхности (распределение суши и моря) в том виде, в котором он предстает перед нами на космических снимках и на различных картах, – это результат длительного развития литосферы. Попробуем разобраться в моделях эволюции литосферы, которые предлагает нам современный комплекс наук о Земле.
Модель направленного геосинклинального развития земной коры. В доархейские времена вся поверхность земной коры находилась ниже уровня Мирового океана. Проще говоря, суши в те времена не было. Под толщей океанских вод скрывалась кора типично океанического типа (что наблюдается и в наше время).
Но земная кора никогда не была статичным образованием, тем более в доархейскую и архейскую эпоху. В то далекое время внутри Земли происходили определенные целенаправленные закономерные геологические процессы, которые в перспективе должны были неизбежно привести к появлению первой суши. Так и произошло. Континентально-океанический рисунок, изучаемый нами сегодня, – это результат многомиллионолетнего процесса развития литосферы.
Земная кора развивается непрерывно. Процесс ее геологического изменения наблюдается, конечно, и в наше время. Судя по тому, как развивалась литосфера в течение всех геологических эр, мы можем утвердительно сказать, что эволюция земной коры – это процесс, направленный на увеличение площади суши.
В будущем, скорее всего, эволюция литосферы пойдет вспять, и новые геологические эры будут ознаменованы процессами масштабной деградации материковой земной коры. Первые «сигналы» разрушения континентальных платформ фиксируются уже сегодня, и современные континентальные рифты, в которых происходит растяжение земной коры, – яркое тому подтверждение: в будущем на месте данных рифтов должна сформироваться кора океанического типа.
Итак, процесс развития земной коры, направленный на увеличение площади суши, делится на два цикла: геосинклинальный цикл, платформенный режим.
Геосинклинальный цикл развития. Формирование материковой коры. В архее (или раньше) по неизвестным до сих пор причинам в глубинах Земли произошли серьезные изменения, которые привели к тому, что на дне Океана образовался обширный прогиб земной коры. Появилась первая в геологической истории Земли геосинклиналь (подвижная область). Скорее всего, это была не одна геосинклиналь, а целая цепочка геосинклиналей – то есть докембрийский геосинклинальный пояс.
Прогибание морского дна – это первая стадия развития подвижного пояса. Далее уже на второй стадии развития геосинклиналь, продолжая опускаться, заполняла свой прогиб океаническими осадками. Накопив должную толщу осадков, геосинклиналь вступила в третью стадию развития – начала резко и усиленно подниматься сквозь толщу морской воды. При этом слои горных пород, которые накопились в прогибе, сминались в складки; породы слоев постепенно гранитизировались и метаморфизировались за счет внедрения магмы. Развитие геосинклинали привело к появлению архипелага вулканических островов, которые продолжали подниматься, постепенно вытесняя морские воды.
В итоге крупный участок земной коры поднялся выше уровня Океана – в виде огромного вала, уже частично расчлененного и раздробленного. Появился первый массив континентальной земной коры с гранитным слоем, который, как мы видим, сформировался на третьей стадии развития геосинклинали, когда слои сминались в складки и гранитизировались.
После этого начался размыв вала текущими водами (с последующим образованием горных долин и горных хребтов). Поскольку образовавшийся вал продолжал расти с большой скоростью, всё выше и выше поднимаясь над уровнем Океана, текущая вода прорезала в грунте глубокие ущелья, формируя типичный горный ландшафт – чередование высоких узковершинных водоразделов (хребтов) и понижений между ними (ущелий).
Из этого можно сделать вывод, что горный ландшафт формируется только на тех территориях, которые поднимаются с большой скоростью. Это связано с тем, что скорость поднятия территории в геосинклинальных областях, грубо говоря, выше скорости денудации: сами возвышения (хребты) разрушаются очень медленно; и продукты их разрушения просто не успевают заполнять понижения рельефа и тем самым выравнивать местность. Зато водотоки успевают быстро прорезать глубокие долины, поскольку линейно текущая вода обладает большой и быстрой разрушительной силой. Можно сказать иначе: в геосинклинальных частях материков скорость линейной водной эрозии в целом совпадает со скоростью поднятия территории, а скорость общей денудации, которая стремится сгладить все неровности, значительно отстает. И как только горы перестают расти с большой скоростью, местность начинает относительно быстро выравниваться.
Прямо противоположную картину мы наблюдаем на платформах. Поэтому в данных частях Земли нет такого контрастного рельефа, как в подвижных областях планеты (современных и относительно недавно закончивших развитие).
Так с течением времени появилась классическая горная страна, которая некоторое время всё еще продолжала подниматься, всё больше и глубже размываясь стекающими в Мировой океан водами. В это время горная страна сохраняла высокую магматическую и сейсмическую активность. Такой этап развития земной коры называется эпигеосинклинальным (постгеосинклинальным): горная страна уже была сформирована, появились долины и хребты, но она некоторое время сохраняла большую подвижность.
Следовательно, в конце любой складчатой стадии (и современной тоже) выделяется эпигеосинклинальный этап (по сути, переходный от геосинклинального цикла к платформенному). Он начинается с образования горной страны и заканчивается угасанием высокой подвижности внутренних геологических процессов (некоторые авторы включают в эпигеосинклинальный этап всю стадию складчатости; исходя из этого положения, весь Средиземноморский геосинклинальный пояс сегодня находится на эпигеосинклинальном этапе развития).
Временной промежуток от начала поднятия геосинклинали до тектонического, магматического и сейсмического «успокоения» возникшей горной страны называется складчатостью, или складчатой стадией. В истории геологического развития Земли было несколько эпох складчатости.
Итак, весь геосинклинальный цикл делится на три стадии: образование прогиба, накопление осадков в прогибе, поднятие земной коры (складчатость).
Повторимся: в конце третьей стадии геосинклинального цикла выделяется эпигеосинклинальный этап, который оканчивается полной остановкой (замиранием) геосинклинальных тектонических процессов. Третья стадия геосинклинального цикла, как было сказано, называется складчатостью.
Платформенный цикл развития (платформенный режим). После «успокоения» сформировавшаяся горная страна вошла в платформенный цикл развития. Но для того, чтобы вступить в стадию «полноценной» (полностью сформировавшейся) платформы, ей нужно было пройти еще две платформенные стадии.
На первой стадии шел процесс разрушения горных хребтов экзогенными агентами. Понижения рельефа (долины и прогибы) заполнялись продуктами денудации. Это длилось миллионы лет. После разрушения гор (пенепленизации) территория превратилась в пенеплен (первичную равнину, плоскую или слабохолмистую) и вступила во вторую стадию развития с последующим накоплением рыхлых континентальных осадков в медленно опускающихся участках образовавшейся платформы. Опускание прибрежных участков платформы привело к затоплению их морем. В этих местах накопились древние мелководные морские осадки. Иногда трансгрессии и регрессии происходили не один раз за всю геологическую историю платформы и могли охватывать всю ее площадь. Таким образом платформа наращивала осадочный чехол.
Надо заметить в скобках, что и в наше время все платформы характеризуются так называемым тектоническим «дыханием» – одни участки медленно поднимаются, другие – медленно опускаются. Соответственно, прибрежные опускающиеся участки уходят под морскую воду – происходит трансгрессия, а прибрежные поднимающиеся участки постепенно освобождаются от морской воды – происходит регрессия.
Но вернемся к «первой» платформе Земли. После того, как ее осадочный чехол был сформирован, территория вступила в последнюю третью стадию, которая называется режимом полностью сформировавшейся платформы. Например, Восточно-Европейская платформа сейчас находится на этой стадии развития.
Так образовалась первая докембрийская платформа Земли. Конечно же, представленная выше схема появления такой древней платформы является обобщенной. Само собой разумеется, что в архейские и протерозойские времена возникла не одна платформа, а несколько. Одни сформировались раньше, другие – немного позже. Это было связано с тем, что в пределах любого геосинклинального пояса (и современного тоже) различные его части заканчивают геосинклинальный цикл развития в разное время. Какая-то одна часть (или же группа территориально разрозненных частей) геосинклинального пояса, закончившая развитие, становится областью складчатости (или областями складчатости – если речь идет о разрозненных частях пояса, сформировавшихся в одно время).
И здесь необходимо сделать акцент на одной важной детали: не имеет значения, какой геоструктурой в наше время представлена та или иная складчатая область – превратилась ли она в «настоящую» платформу с мощным осадочным чехлом или долгое время находится в первой стадии платформенного развития (разрушение горной страны). Потому как вся поверхность спокойных участков суши – это совокупность складчатых областей того или иного возраста (начиная с докембрийских и заканчивая мезозойскими).
Вновь образовавшаяся складчатая область (то есть территория, вступившая в платформенный цикл развития) может некоторое время сохранять слабую тектоническую активность (землетрясений и извержений вулканов не наблюдается, но горы продолжают очень медленно расти). Такая активность, по существу, уже не относится к категории геосинклинальной подвижности.
Древние платформы (области докембрийской складчатости). Фундамент древних платформ сформировался в середине-конце протерозоя.
