ДРЕЙФ МАТЕРИКОВ. ПАЛЕОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ ОКЕАНОВ

ПАЛЕОМАГНИТНЫЕ ИНДИКАТОРЫ ДРЕЙФА МАТЕРИКОВ В ПРОТЕРОЗОЕ И ГЛОБАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЛИТОСФЕРНЫХ ПЛИТ В ФАНЕРОЗОЕ

Ранее отмечалось, что своим возрождением в науке гипотеза дрейфа материков (конечно, на качественно новом уровне, в виде теории тектоники литосферных плит) обязана прежде всего результатам палеомагнитных исследований. Известно, что намагниченность горных пород, т. е. магнитный момент единицы объема породы, в общем случае есть векторная сумма индуцированной (1инд) и остаточной (1 ост) намагниченностей. Первая обусловлена влиянием на породу современного магнитного поля Земли, а вторая осталась с момента образования породы, когда та впервые намагнитилась под влиянием поля, существовавшего в момент ее образования.

Палеомагнитные исследования убедительно свидетельствуют, что главное магнитное поле у нашей планеты существовало в течение всего времени ее геологического развития, ибо остаточной намагниченностью обладают изверженные породы, образовавшиеся даже около 4 млрд. лет назад.

Важным результатом, полученным в конце 60-х — начале 70-х годов, является возможность описания маг- нитного поля Земли, осредненного за последние 1—2 млн. лет, полем осевого и центрального диполя, т. е. полем теоретического магнита, расположенного в центре нашей планеты и направленного вдоль оси ее вращения.

Несколько раньше, чем было дано хорошее обоснование близости осредненного главного магнитного поля Земли к полю осевого центрального диполя, палеомагнитологи стали замечать, что полученные результаты при условии неподвижных континентов дают странную картину блуждания палеомагнитных полюсов в геологическом прошлом по поверхности Земли.

Странность картины заключалась в том, что полученный по каждому отдельному континенту палеомагнитный полюс имел свою отличную от других траекторию перемещения во времени по поверхности Земли, но к настоящему моменту каждая траектория всегда оканчивалась близ географического полюса. Тогда палеомаг- нитологи обратились к вегенеровским реконструкциям материков, и оказалось, что при мобилистском предположении, когда допускается возможность перемещения всех континентов, палеомагнитные полюса могут быть совмещены с географическими. Впервые к такому выводу пришел С. Ран- корн в 1962 г. Затем он показал, что существенного изменения радиуса Земли в течение фанерозоя не происходило.

А. Храмов с соавторами в 1974 г. опубликовал наиболее полную сводку. Она включает около 70 статистически обоснованных палеомагнитных определений широт и направлений меридианов для пермского времени на всех континентах, кроме Антарктиды.

При соединении материков в единый суперконтинент Пангею именно так, как это было сделано мобилиста- ми (А. Дю-Тойтом, П.Вороновым, Э. Буллардом и др.), разброс палеомагнитных широт по всем материкам (относительно полученных при таком их совмещении географических широт) — около ± 10°; разброс направлений палеомеридианов также около ± 10°, что обусловлено погрешностью палеомагнитного метода ( 21). Все палеомагнитные построения сделаны при условии, что в триасовое время магнитное поле Земли было близко к полю осевого центрального диполя. Поэтому полученный результат говорит о пригодности осевого центрального диполя для описания главного магнитного поля нашей планеты не только в ее ближайшем, но и в более отдаленном геологическом прошлом. Отметим, что в силу осевой симметрии магнитного диполя палеомагнитные исследования могут дать лишь палеошироту и направление палеомеридиана и в принципе не могут дать никакой информации об изменении местоположения каждого материка вдоль широты. В 1973 г. Г. Смитом с соавторами были опубликованы карты палеомаг- нитных реконструкций положений материков для всего фанерозойского времени.

Интерполяция взаимного расположения материков по палеомагнитным данным может быть формально выполнена путем серии конечных вращений, каждое из которых эквивалентно сумме дифференциальных поворотов. Разумеется, что все эти конечные вращения выполняют относительно какого-либо одного материка.

В настоящее время построены достаточно обоснованные глобальные схемы взаимного расположения в мезозое и кайнозое континентов и оке- анов.. Эти схемы, полученные на основании палеомагнитных исследований, наглядно демонстрируют принципиальную справедливость и современное развитие мобилистских палеоре- конструкций Вегенера.

Проблема глобальных реконструкций расположения в фанерозое материков и океанов по палеомагнитным и палеогеографическим данным хотя и вызывает определенные разногласия по местоположению некоторых материков (особенно в раннем палеозое), но, вероятно, близка к своему принципиальному решению. Необходимо накопление палеомагнитных данных по докембрию, для того чтобы можно было наилучшим образом проэкстра- полировать палеомагнитные и палео- климатические данные между двумя Пангеями: последним позднепале- озойским суперконтинентом и его протерозойским предшественником.

Палеомагнитные исследования ориентированных образцов горных пород дают существенную информацию о направлении палеомагнитного вектора, информацию, которая даже в пределах одного континента сама по себе играет важную роль при тектонической интерпретации его предшествующего геологического развития. Так, именно палеомагнитные данные позволили П. Н. Кропоткину первому в мире на современном уровне обосновать идею (высказанную Э. Арганом еще в 20-х годах нашего столетия) о том, что Азия — это составной континент, т. е. образован из нескольких различных по своей геологической природе и сравнительно недавно спрессованных вместе блоков континентальной литосферы.

Новые интересные выводы позволяют наметить результаты палеомагнитных исследований ориентированных образцов докембрийских пород. Во-первых, если интерпретировать кривые блуждания палеомагнитных полюсов в докембрии аналогично тому, как это установлено для фанерозоя, то палеомагнитные данные определенно свидетельствуют, что перемещения континентов, точнее, отдельных фрагментов современных континентов в составе литосферных плит происходили еще в раннем афе- бии, т. е. около 2,5 млрд. лет назад. Для более раннего времени пока нет сколько-нибудь достоверных палеомагнитных данных. Во-вторых, не исключена вероятность, что в протерозое все материки могли быть сгруппированы на какое-то время в единый суперконтинент, подобно фанерозой- ской Пангее. Разумеется, общая площадь такого протерозойского суперконтинента должна была быть несколько меньше площади Пангеи, ибо в интервале между ними происходило постепенное наращивание объема континентальной литосферы. Можно также предполагать, что образовывавшие этот протерозойский суперконтинент отдельные материки входили в состав различных литосферных плит и поэтому имели разные по знаку и направлению скорости движения.

Естественно также считать, что всякое столкновение континентов маркируется структурными швами, подобными Альпийско-Гималайскому горному поясу, возникшему в результате столкновения Евразии с Африкой и Индостаном, или подобно Уральско-Аппалачскому. Во всех таких случаях палеомагнитные полюса после соединения двух или нескольких отдельных континентов в более крупный единый должны давать общую траекторию своего перемещения в геологическом прошлом относительно сов >еменгого положения этих материков, подобно тому как это установлено для фанерозойских траекторий палеомагнитных полюсов Европы, Аз:ч у; Се: рной Америки. Аналогично разделение каждого из материков на части получает отражение в ра цельном положении палеомагнит- ного полюса от каждой из этих частей.

Исследования докеморийских осадочных пород в бассейне р. Святого Лаврентия позволили получить траекторию перемещения палеомагнитного полюса относительно современного положения Канадского щита для всего рифея ( 22А). Эта траектория, несмотря на некоторые неоднозначности интерпретации, особенно в интервале от 1 млрд. до 700 млн. лет, убедительно свидетельствует в пользу значительных горизонтальных перемещений Канадского щита на протяжении всего рифея.

Имеющиеся палеомагнитные данные по докембрийским породам Африканского материка позволяют считать, что он в настоящее время объединяет три крупных блока материковой литосферы: Западный, Южный и Восточный, которые на протяжении большей части афебия и рифея были расположены достаточно далеко друг от друга. Об этом свидетельствуют существенно различные траектории «перемещения» палеомагнитных полюсов в интервале от 2,3 до 1,6 млрд. лет, полученные по образцам, отобранным в Южной и Западной частях Африки ( 22Б).

Несмотря на то что траектории «блуждания» палеомагнитных полюсов, полученные для различных областей современных континентов (из-за осевой симметрии магнитного поля Земли, а возможно, и других причин), не адекватно соответствуют действительным перемещениям этих областей в составе литосферных плит, все же представляет интерес сравнить между собой линейные скорости «блуждания» палеомагнитных полюсов в докембрии.

Во-первых, обращает на себя внимание тот факт, что для большинства областей средние линейные скорости «блуждания» палеомагнитных полюсов в докембрии были около 1 см/год и редко превышали 2—3 см/год. Следовательно, они оказываются близки к современным «абсолютным» скоростям перемещения тех литосферных плит, в пределах которых участки континентальной литосферы составляют значительную часть общей площади. Во-вторых, во время Гренвильского орогенеза (около 1 млрд. лет назад) Канадский щит перемещался со значительной линейной скоростью, ибо скорость «блуждания» палеомагнитного полюса в это время достигла максимального для докембрия Канады значения — 3 см/год. В-третьих, имеющиеся данные свидетельствуют о том, что наименьшая линейная скорость «блуждания» всех палеомагнитных полюсов имела место в интервале от 1,65 до 1,85 млрд. лет назад.

За последнее десятилетие было опубликовано несколько глобальных моделей конечной кинематики литосферных плит, первоначально для мезозоя и кайнозоя, а затем для всего фанерозоя (Зоненшайн, Городницкий, 1977; Kanasewieh et al., 1978; Morel, Irving, 1978). В качестве палеомагнит- ной основы при построении этой модели была использована единая мировая сводка данных (Мс Elhinny, 1973) с некоторыми дополнениями и изменениями в каждой модели. Поэтому вполне закономерно, что в имеющихся моделях пространственные расположения материков и океанов для каждого фиксированного времени в общем достаточно близки, хотя в отдельных фрагментах модели различаются между собой.

Важным результатом кинематической модели Е. Канасевича является закономерное расположение главных литосферных плит в кембрийское время, около 550 млн. лет назад ( 23). Принципиальные черты пространственной мозаики литосферных плит в кембрии во многом близки тем, какие мы имеем в настоящее время. Действительно, в то время, так же как и сейчас, имели место две наиболее крупные, почти круглые, антипод ал ьно расположенные плиты: северная, состоящая только из океанической литосферы, Прото-Кула и южная Африканская плита, в которой материковая литосфера (современные материки Африка, Южная Америка, юго-восточная часть Евразии, составлявшие тогда единый) занимала существенную часть площади.

Остальные пять достаточно крупных квазиэллипсовидных по форме плит располагались вдоль экватора. В их состав входили все остальные фрагменты материковой литосферы. Как легко видеть на глобусе, а также на карте, построенной в проекции Экерта, все современные квазиэллиптические по форме крупные плиты располагаются в субмеридиональном направлении по диаметру вдоль 75° з. д. и 115° в. д. (по которому и развернут псевдоэкватор). Иными словами, в кембрийское время и в настоящее в расположении главных плит наблюдается значительное подобие при повороте всей системы на 90°. Такое совпадение генеральных черт глобальной картины литосферных плит в существенно различные этапы геологического времени служит сильным аргументом в пользу того, что перемещение всего ансамбля плит управляется крупномасштабной, одно- или двухъя- чеистой конвекцией, охватывающей всю мантию Земли.