Тайны прошлого в глубинах времен

Процессы накопления осадков на поверхности Земли

Рассмотрим вкратце механизм основных геологических процессов на поверхности Земли и те силы, которые вызывают бесконечные изменения ее лика.

Мы уже говорили о колебательных движениях земной коры, о перемещениях огромных масс, поднимающих материки, сжимающих в складки толщи осадочных пород, выдвигающих горные хребты.

Исследователь, поднимающийся на Эверест — высочайшую гору мира высотой почти 9 км и видящий, что на ее вершине залегают желтые известняки с морскими животными, невольно поражается титаническим силам, поднявшим прежнее морское дно в заоблачные выси.

Инженер, разведывающий уголь в Кузнецком бассейне, испытывает то же ощущение при виде угольных пластов, погребенных под толщей осадочных пород — песчаников, глин и сланцев толщиной или, как говорят геологи, мощностью в несколько километров.

Любой человек, поднявшийся на горные перевалы среднеазиатских хребтов — в Южном Казахстане, Киргизии, на Памире, если вооружится хорошим биноклем, увидит громадные пласты горных пород, смятые в складки, подобные волнам, в десятки километров длины и несколько километров высоты. В других местах такие же огромные складки, опрокинутые набок, разорваны вторично, перемяты. Пласты пород, когда-то залегавшие горизонтально, ныне стоят отвесно или иногда перевернуты «вверх дном».

В горных районах Восточной Сибири человек поразится величиной совсем недавних вертикальных перемещений или сбросов, когда увидит речные галечники, залегающие на дне глубоких впадин и такие же галечники на вершинах горных хребтов, почти отвесными уступами возвышающихся над болотистым дном этих впадин.

Наблюдения над тектоническими перемещениями с их гигантским размахом всегда поражали человеческое воображение, порождая представление о наличии каких-то совершенно исключительных «сверхъестественных» сил, способных выполнить такую чудовищную работу.

Эти явления объяснялись и сжатием земного шара в связи с постепенным остыванием планеты. Предполагалось, что расплавленное ядро Земли уменьшается в размерах, а твердая земная кора, оседая, растрескивается на отдельные куски, поднимающиеся друг на друга и сжимающие верхний покров осадочных пород. Позднее, когда были изучены явления радиоактивного распада химических элементов, вычисления показали, что остывание земного шара в течение запечатленных в геологической летописи эпох слишком незначительно для того, чтобы вызвать всю сумму тектонических явлений.

Более того, появились теории, не менее убедительно доказывающие расширение, увеличение объема нашей планеты.

Несколько раньше были выдвинуты теории перемещения материковых масс как твердых глыб по вязкому слою в глубинных частях земной коры. Материки, скользя по этому слою, наталкиваются друг на друга, сжимают и выдавливают наверх толщи осадков, накопившихся в морях или краевых частях материков.

Для объяснения перемещения, скольжения материков высказывались разнообразные, подчас фантастические предположения, как, например, дрейф материков в западном направлении вследствие вращения Земли, приливные волны, вызываемые во внутренних частях Земли действием лунного тяготения, и т. д. Еще более смелые теории привлекали на помощь космические катастрофы, вроде отрыва Луны от Земли, прохождения поблизости от Земли больших комет, резкого усиления и ослабления излучения Солнца.

Мощь тектонических изменений подавляла человеческое воображение, заставляя обращаться к внешним силам космоса. Основная ошибка, свойственная каждому человеку при наблюдениях над геологическими явлениями, — это применение человеческих масштабов. Едва только мы отрешимся от такого подхода, как сущность каждого явления предстанет перед нами в совершенно ином виде. В самом деле, представим себе все эти сбросы, валы, складки и горы в масштабе Земли, сообразуясь не с размерами человека, а с размерами нашей планеты.

Как известно, радиус Земли равен округленно 6000 км, а окружность по экватору 40 000 км. Все горы для такого масштаба — это ничтожные незаметные бугорки. Самые большие сбросы и складки меньше морщинок на человеческой коже. Тихий океан с его огромными глубинами представляет едва заметную плоскую впадинку, а любой материк приподнимается над уровнем моря на толщину игральной карты.

Попробуйте вычертить поверхность земного шара, сообразуясь с его размерами, и вы сразу же убедитесь, насколько ничтожны все поражающие нас геологические процессы. При громадных массах вещества, составляющего земной шар и лежащего под тонкой пленкой известной нам земной коры, достаточно слабых физико-химических процессов внутри земли, чтобы это немедленно отразилось на ее поверхности.

В химических процессах мы знаем множество таких, при которых разные вещества переходят в другие молекулярные формы, в другое физическое состояние. Такие переходы всегда сопровождаются увеличением или уменьшением объема. А достаточно небольшого, ничтожного, прямо сказать, увеличения объема массы в каком-либо участке нашей планеты, чтобы тонкая пленка, называемая нами земной корой, испытала сильнейшие перемещения и поднятия. Ничтожное уменьшение объема вызовет опускание.

Движение материков на поверхности планеты может вызываться подкорковыми течениями при местных размягчениях глубинных слоев. При чудовищной продолжительности подобных процессов за миллион веков смещения континентов могли быть колоссальными.

Масса вещества Земли так велика, а земная кора с ее движениями, горами и впадинами так тонка, что размеры тектонических нарушений прямо свидетельствуют о чрезвычайно спокойном, уравновешенном состоянии вещества внутри Земли и о крайней медлительности, малой энергии процессов, происходящих в глубинах нашей планеты.

Для сравнения вспомним, что на Солнце в его огненно жидком расплавленном состоянии постоянно наблюдаются так называемые протуберанцы или выступы. Эти протуберанцы представляют собой выбросы раскаленного вещества, взлетающие над поверхностью Солнца на высоту более 500 тыс. км. Даже в сравнении с колоссальными размерами Солнца такие изменения имеют совершенно иной масштаб, чем едва заметные колебания поверхности для нашей планеты.

Итак, для объяснения кажущихся нам гигантскими движений земной коры нам не нужно привлекать какие-либо силы космического порядка. Все колебания и смещения масс на поверхности Земли вызываются процессами изменения агрегатных состояний вещества в глубинах нашей планеты. Вращение Земли и лунное притяжение, конечно, оказывают свое влияние на формирование рельефа земной поверхности, но главным образом воздействуют на перемещения водных масс. Лунному притяжению обязаны приливы и отливы в море, одностороннее подмывание берегов рек — результат вращения Земли.

Таким образом, движения земной коры, создающие неровности нашей планеты, ее рельеф, являются основной первопричиной геологических процессов. Дальнейшее развитие этих процессов получается в результате солнечной теплоты и земного тяготения или силы тяжести.

Солнечная теплота вызывает к жизни круговорот воды на земной поверхности. Испарения океана под действием солнечных лучей насыщают нижние слои атмосферы водяными парами, которые в виде облаков разносятся воздушными течениями и осаждают избыток воды на поверхность материков. Пресная дождевая вода насыщает подпочвенные слои суши, образуя большие запасы грунтовых вод, а избыток воды стекает в моря или большие озера.

Сила, движущая течением воды в реках, есть как раз сила тяжести. Разность высоты поверхности материка и уровня моря и дает возможность проявиться силе тяжести, обращающейся в поступательное движение воды. Чем больше разность высот материка и моря, тем круче падение воды и тем больше скорость ее течения. Всем известно, что в горах реки бурные, бешено несущиеся, а на равнинах, как скажем, у нас в европейской части Союза, реки отличаются медленным спокойным течением.

Человек давно пользуется силой текущей воды, до изобретения паровых машин основной двигательной силой заводов, фабрик, мельниц были водяные колеса.

Там, где течение воды слишком медленное, человек его ускоряет путем постройки плотин. Плотины поднимают воду в реке и тем создают короткий участок крутого спада, по которому вода устремляется с большой скоростью и оказывается в состоянии вращать колеса мельниц или турбины электростанций.

Действие текущей воды на протяжении больших отрезков времени огромно. Вода размывает поверхность материка, разрушает горы, прорезает глубокие и широкие долины и сносит в море колоссальные количества размельченных горных пород в виде песка, глины и ила или частично в растворенном состоянии. Так, Волга только за период половодья (меньше двух месяцев) уносит в Каспийское море около миллиона кубических метров рыхлого материала, а Терек — горная река Кавказа — за один месяц около 20 млн. м 3 осадков. Огромные реки Сибири — Енисей, Обь, Лена — несут еще большие массы пород, Миссисипи ежегодно — 400 млн. т осадков. Растворенные в воде минеральные вещества переносятся в гораздо меньшем количестве, но тоже составляют немалую массу. Дунай в течение года приносит в Черное море углекислой извести около 4,5 тыс. т.

Текущие по поверхности материка воды неуклонно размывают и постепенно понижают его поверхность. Это действие воды называется эрозией, или размыванием. Но не только разрушающей силе проточной воды мы обязаны понижением высоты материков.

Горные породы на поверхности суши разрушаются еще действием так называемого выветривания, опять-таки обязанного совокупности сил солнечной теплоты и земного притяжения. Солнце нагревает обнаженные я горах, казалось бы, несокрушимые, породы и медленно, но верно заставляет их растрескиваться, терять свою плотность. Всякая горная порода состоит из смеси зерен различных минералов с неодинаковыми физическими свойствами, в частности, с неодинаковой способностью расширяться при нагревании. Нагреваясь днем и охлаждаясь ночью, порода растрескивается и под действием силы тяжести скатывается с горных склонов вниз в долины рек, которые затем транспортируют размельченную породу в море.

Немалую роль играет кислород воздуха, заставляющий распадаться минералы горных пород и также опять-таки вода, проникающая по трещинам в глубь породы и ускоряющая разрыхление.

В странах с резкими переменами температуры, с большой дневной жарой и холодными ночами, как, например, в пустынях, процессы разрушения пород выветриванием происходят на глазах наблюдателя. В Сахаре давно известны поющие и ревущие скалы — горные породы, растрескивающиеся от нагрева и издающие разнообразные звуки. Кочевники-арабы, тонкие наблюдатели природы, говорят: «Солнце нашей родины заставляет кричать даже камни», подчеркивая страшную силу солнечного нагрева.

Большую работу по разрушению поверхности материка производят льды, сползающие на склоны гор, выпахивающие глубокие долины и сносящие огромное количество разрушенных пород. Еще большие разрушения производили крупные оледенения, неоднократно покрывавшие огромные площади суши сплошным покровом в прошлые геологические эпохи.

Движения воздуха — ветры, бури и ураганы, представляющие собой тепловые токи в атмосфере и поэтому также обязанные своим возникновением излучению Солнца, тоже разрыхляют породы на поверхности материка и сносят значительные массы горных пород в виде пыли или мелкого песка. Меньшую роль играют размывы берегов морским прибоем, разрыхления пород живыми организмами и работа подземных вод, хотя и эти процессы вносят свою долю в общее разрушение материков.

Вся совокупность перечисленных процессов носит название денудации (от латинского слова denudo — обнажаю). Денудация, следовательно, есть процесс непрерывного разрушения поверхности материка и снос продуктов разрушения в море. Чем выше поднимается материк над уровнем моря, тем круче и выше его горы, тем энергичнее, быстрее будет идти денудация материка.

Действительно, скорость течения рек будет быстрее, снос материала будет идти в большем количестве, соответственно скорее будет снижаться его поверхность. Наоборот, при плоских и низких материках с медленно текущими реками денудация пойдет гораздо медленнее. Мы можем себе представить почти полную остановку денудации в момент, когда высота материка приблизится к уровню моря. Реки перестанут течь и на материке образуется обширная болотистая равнина, едва-едва выступающая над уровнем моря.

Денудационные процессы именно и стремятся к такому выравниванию, к понижению материков. Если бы тектонические движения земной коры не поднимали бы снова и снова материки над уровнем океана, то давно бы земной рельеф представил описанную выше однообразную и безотрадную картину.

Геологические процессы связаны с денудацией — разрушением пород на суше. Это лишь одна сторона исторических преобразований лика Земли. Другая сторона — накопление новых осадков, сносимых с материка в морские бассейны.

Скорость движения воды в верховьях любой реки больше, чем в ее нижнем течении. Подходя к морю или к большому озеру, в которое она впадает, река все больше замедляет свое течение, так как перестает действовать ускорение силы тяжести, проявляющееся вследствие неравенства уровней. Между тем количество переносимого водой рыхлого (нерастворимого) материала, равно как и размеры переносимых частиц находятся в прямой зависимости от скорости течения. Чем больше скорость течения, тем больше и передвигаемые водой частицы. Всем известно, что в горных реках русло загромождено крупными валунами, у быстро текущих рек на дне мы видим нагромождение галек, а в медленных реках нашей русской равнины — Волге, Оке, Москве-реке мы не находим других осадков, кроме песка и ила. Сила земного тяготения заставляет все осадки распределяться в зависимости от скорости течения. Едва только скорость течения воды в реке замедлится хотя бы на самую незначительную величину, из нее сразу же выпадает материал, который по размерам и весу частиц уже не может переноситься дальше.

Исходя из этих соображений, мы можем уже заранее сказать, что в море преимущественно сносится наиболее сильно размельченный материал. Действительно, поверхность морей и океанов на всей Земле представляет для речных вод наиболее низкий уровень, ниже которого никакое течение воды под действием силы тяжести не может иметь места (океанические течения, другое дело). Поэтому по мере приближения к морю реки должны настолько замедлить свое течение, что весь более или менее крупный материал должен выпасть из воды значительно раньше. В действительности мы и наблюдаем, что в дельтах (устьях) рек все принесенные в море осадки состоят из мелкого песка и ила. Исключения составят реки, низвергающиеся непосредственно с гор в море и не проходящие большого пути по равнине, но такие реки, естественно, не могут быть большими.

Впадая в море, река еще некоторое время продолжает течь, образует подводное устье или дельту и откладывает там осадки. Скорость течения все более падает, пока не дойдет до нуля. В строгом соответствии с падением скорости течения, откладываются и осадки. Ближе к берегу моря оседает песок, дальше глина и, наконец, еще дальше растворенные в воде минеральные соли. Если бы поверхность материка оставалась на неизменной высоте над уровнем моря, то такое распределение осадков осталось бы неизменным и по периферии суши кольцевидно залегали бы громадные толщи песка, дальше такая же толща глины и еще дальше известняков. Но с постепенным понижением материка общая скорость реки будет падать и соответственно этому дальность выноса ею осадков в море будет сокращаться. Постепенно на месте глины станут отлагаться известняки, на месте песков — глины, а отложения песка переместятся внутрь материка в устья рек.

Но земная кора не остается в покое, все время происходят небольшие колебания — материк может слегка подняться или дно моря чуть-чуть опуститься. В этом случае скорость реки снова возрастет и над глиной отложатся слои песка, над известняками — глина. Еще большее повышение материка вызовет отложение песка уже на том месте, где раньше отлагались известняки на глине, глина ляжет на последний слой известняка, а известняк отодвинется еще дальше в глубь морского бассейна.

Именно такое чередование различных слоев мы и наблюдаем в геологической летописи. Слои песчаников, глин, сланцев, известняков чередуются, свидетельствуя о вечной подвижности земной коры, о вечной смене характера осадков. По толщине (мощности) слоев мы можем судить о продолжительности тех или других условий осадкообразования. Если слой известняка более толст, чем слой глины или песчаника, мы можем сказать, что отложение при малой скорости течения и, следовательно, при низком уровне материка, продолжалось дольше, чем быстрое течение. Если вдруг над слоями глин и известняков появляются крупнозернистые пески или галечники, мы, можем определенно говорить о происшедшем в это время поднятии суши. В других случаях громадные толщи в сотни метров мощности сложены однообразными породами, представляющими по характеру осадка одни и те же глины, известняки или сланцы. Тогда мы говорим, что в этом месте существовало в течение длительного периода тектоническое равновесие, т. е. суша очень медленно и непрерывно поднималась, а дно моря с равной скоростью опускалось и поэтому разность уровней (кривая: размыва) оставалась в течение длительного времени неизменной. В первой главе мы говорили о громадных толщах осадочных пород мощностью в несколько километров. Очевидно, что для накопления таких масс пород необходимо, чтобы в этом месте происходили, с одной стороны, непрерывное поднятие суши (чтобы было откуда сносить продукты разрушения), с другой — непрерывное опускание моря или озерной впадины, чтобы эти огромные массы сносимых пород могли накапливаться, не завалив собой бассейна и тем самым не прекратив всего процесса.

Всякое отложение слоев геологической летописи является результатом двух противоречивых процессов — разрушения, или денудации, и отложения продуктов денудации или осадконакопления. Более того, всякое движение небольшого участка земной коры неизбежно приводит к созданию выступа и впадины — области разрушения и области накопления. Обе эти области одна без другой существовать не могут и лишь в единстве этих двух противоречий создается великая книга геологической летописи.