Початок XXI століття ознаменувався розмовами про необхідність зміни парадигми в геології. Під сумнів ставиться актуальність теорії тектоніки літосферних плит, яка витіснила панівне в середині XX століття уявлення про провідну роль у зсувах і деформаціях земної кори вертикальних рухів і вивела на перше місце горизонтальні переміщення літосферних плит, які охоплювали не тільки кору, а й верхи мантії.
Ідеї неомобілізму зрештою призвели до того, що сучасна геологічна наука змушена була відмовитися від застарілого вчення про геосинкліналі і визнати теорію літосферних плит прагматичнішою і природнішою (McKenzie, 1969, тектоніка плит). Водночас логічним наслідком розвитку геології став перехід від тектоніки літосферних плит до загальної глобальної геодинамічної моделі Землі (Штейнберг, 1998, глобальна геодинаміка). Виникає питання: на якій основі будуватиметься наступна парадигма?
Самуель У. Кері - професор Тасманського університету в Австралії, зробив найпомітніший внесок у розвиток альтернативної основи для нової глобальної тектоніки. Як і низка дослідників, він прийшов до визнання наукової концепції розширення Землі, яка найбільш природно пояснює основні риси будови та еволюції нашої планети (Carey, 1976, The Expanding Earth).
На дні океанів під рифтами розташовані склепінні покрівлі астеносфери. Магматичні камери зазвичай виявляються на глибині 1,5-3,0 км нижче рівня дна океану. Виливи лави з цих камер відбуваються епізодично, супроводжуючи епізоди спредингу дна (Sleep, 1973, будова серединно-океанічних хребтів).
Для континентальної кори збільшення об'єму спричиняє розтріскування мантії, декомпресію, появу рідких магм і вилив їх на поверхню. Уздовж найголовніших тріщин йде видавлювання твердих порід кори і мантії з утворенням складчастих зон. Таким чином відбувається розширення Землі і нарощування її кори, а рифтові структури утворюють глобальну систему дегазації Землі (Lliboutry, 1976, рифти та дегазація).
Концепція Землі, що розширюється, привертає останнім часом дедалі більше прихильників, оскільки вона знімає багато протиріч теорії літосферних плит. Згідно з гіпотезою Землі, що розширюється, її розміри на початку мезозою були майже вдвічі меншими за сучасні, приблизно відповідаючи розміру земного ядра. Континентальна кора зі зсунутих материків покривала практично всю поверхню планети. Надалі об'єм Землі збільшувався і поступово досяг її сучасного розміру (Scalera, 2003, expanding Earth).
Нарощування поверхні Земної кулі при її розширенні відбувалося за рахунок розсування дна океанів. Вік океанічної кори не перевищує 200 млн років і до того ж закономірно і пропорційно збільшується в обидва боки в міру віддалення від серединноокеанічних хребтів (Vine, 1968, вікові ряди океанічної кори).
Причини зменшення густини і збільшення об'єму речовини земного ядра зумовлені його гідридним складом. При зниженні тиску або при підвищенні температури гідриди починають розкладатися, а розчини в металі втрачати водень. Це веде до збільшення їхнього об'єму, що і призводить до розширення планети в рамках гідридної моделі.
Згідно з автором цієї моделі В. Н. Ларіним, виділення водню з гідридних надр планети не є абсолютно рівномірним і геометрично симетричним процесом. Водень, що піднімається вгору, і легкі продукти його взаємодії з мантійною речовиною збиваються в русла, що і спостерігається у вигляді гарячих висхідних потоків у мантії (Ларин, 1993, Hydridic Earth).
Водень, завдяки своїй високій хімічній активності, неминуче буде взаємодіяти з породами мантії, утворюючи насамперед воду і метан. Це узгоджується з даними про значне зростання обсягу гідросфери у фанерозої (Maruyama, 1994, еволюція гідросфери).
Гідратація сполук вуглецю як основний процес, що веде до утворення вуглеводнів, знаходить дедалі більше визнання серед геологів (McCollom & Seewald, 2007, abiotic hydrocarbons).
Таким чином, в даний час сформовані контури теорії Землі, що розширюється, стрижнем якої є процес дегідрування земного ядра.
Основним наслідком процесу є спрединг континентальних плит, коріння яких сягає на значну глибину, в мантію. Заперечується процес субдукції. Уявлення про колізію плит замінюються уявленнями про провідну роль гравітаційної тектоніки, які в загальному вигляді або у вигляді розрізнених ідей широко поширені в геологічному інформаційному середовищі (Trümpy, 1995, гравітаційна тектоніка).
Усе це дає змогу низці авторів розглядати концепцію Землі, що розширюється, як сувору наукову теорію, яка "має певну багатодисциплінарну систему багатьох рівнів постановки й організації досліджень, що відображає дійсну природу загального глобального геодинамічного розвитку як окремих суб'єктів, насамперед планети Земля, так і Всесвіту загалом".
Однак теорія не набрала ще необхідної критичної маси всебічних доказів, щоб замінити або, принаймні, серйозно трансформувати теорію літосферних плит (Condie, 2006, оцінка тектоніки плит). Залишається найбільш суттєва проблема, пов'язана з механізмом зміни маси Землі або зміною густини речовини в її надрах, що пояснює збільшення об'єму.
Спроби розв'язати проблему неодноразово робилися, проте геологія не зовсім готова до прийняття релятивістських концепцій розвитку Землі.
Тут необхідні тісніші контакти з фізиками й астрономами, а також всебічне обговорення можливих механізмів розвитку Землі на тематичних конференціях (Jordan, 2005, взаємодія геології та астрофізики).
У разі якщо такі механізми будуть відкриті, фанерозойська історія Землі виявиться набагато драматичнішою, ніж вона видається зараз.
Що стосується геології, то тут необхідні серйозні опрацювання відповідних розділів геотектоніки, літофаціального аналізу, гідрогеології та геохімії з метою узгодження наявних фактів з основними положеннями теорії, що формується. Розглянемо, наскільки перспективні такі дослідження в рамках концепції Землі, що розширюється.
Структурна геологія
Теорія плитної тектоніки припускає, що утворення гірських систем відбувається внаслідок зсуву однієї літосферної плити на іншу, з подальшою субдукцією (Dewey & Bird, 1970, orogeny and plate tectonics).
Однак, процес субдукції викликає багато суперечок у цій теорії. На відміну від нього, теорія Землі, що розширюється, пояснює утворення рифтових систем і гірських систем як наслідок підйому мантії. Незважаючи на те, що прихильники цієї теорії вважають можливість переміщення літосферних плит на багато тисяч кілометрів, вони неохоче розглядають скромні горизонтальні переміщення окремих комплексів осадової товщі.
Тим часом, процеси формування різних структур у гірських областях і на схилах рифтових долин все частіше розглядаються з позицій гравітаційної геодинаміки (Coward, 1990, gravitational collapse of orogens). Це означає, що вплив сили тяжіння може відігравати певну роль у великих тектоносистемах, навіть без участі глибинних конвективних потоків.
Однак, сама ідея про те, що гравітаційні сили можуть стати основою рушійного механізму в тектоносистемах, виникла ще на початку XX століття. Але через труднощі в розумінні механіки процесів, а також модне пояснення процесів утворення складок і насувів через стиснення кори, ця ідея не отримала належної уваги до 1930-х років.
Тоді, після публікації роботи Ван Беммелена в Індонезії та розроблення методів, що дають змогу точніше дослідити цю теорію, до неї почали ставитися більш серйозно (van Bemmelen, 1949, geosynclines in Indonesia).
Нині деякі автори стверджують, що гравітація є єдиним фактором, який визначає тектонічні процеси на поверхні гірських систем. Це призвело до значної зміни геологічної думки (Price & McClay, 1981, gravity tectonics).
Нині гравітаційно-тектонічні процеси розвиваються переважно на схилах міжгірських западин, рифтів і пасивних континентальних околиць. Наприклад, структури на схилах сучасних западин Каспійського моря, Прикуринської западини, на західному і північному обрамленні Прикаспійської западини є прикладами такого процесу. Це призводить до заперечення механізму горотворення, як наслідку колізії плит. Натомість, спрединг є природним проявом процесу розширення Землі, що розширюється.
Також варто зазначити, що процеси гравітаційного переміщення осадових формацій можуть широко розповсюджуватися в нафтогазоносних районах, що викликає питання щодо методики пошуково-розвідувальних робіт (Morley, 1982, gravity gliding in sedimentary basins).
Якщо екзогенні процеси обмежуються тільки верхньою зоною розрізу, то виникає невідповідність між структурними планами, розмірами та орієнтацією структур у верхній і нижній зонах. Це особливо помітно в областях соляно-купольних структур.
Збільшення обсягу сейсмічних досліджень у різних нафтогазоносних районах дає змогу точніше оцінити масштаби прояву гравітаційних процесів, що призвели до формування даних структур (Bruce, 1973, salt diapirism and gravity tectonics).
Наприклад, у родовищах Північного моря були описані випадки обвалення порід при формуванні дислокацій. Також було проведено дискусію щодо механізму формування "аномальних розрізів" баженівської свити в Західному Сибіру, описаних А. А. Неждановим (1985), яку пізніше було розширено на сторінках журналу "Вестник надрокористувача Ханти-Мансійського автономного округу".
Зрештою, переважною точкою зору стала модель "підводно-зсувної генези", що ґрунтується здебільшого на тимчасових сейсмічних розрізах і свердловинній інформації, яка пояснює аномальні розрізи баженовської свити та ачимовської товщі як більш складні геологічні об'єкти, формування яких зумовлене перемішуванням бітумінозних аргілітів баженовського горизонту та піщано-глинистих осадів ачимовської товщі (Reading & Richards, 1994, subaqueous mass-transport deposits). Аналіз керна в інтервалах "аномальних розрізів" засвідчив широке поширення зсувних і флюїдальних текстур, тріщин, нептунічних дайк, дзеркал ковзання та інших дислокацій, які надають породі "сміттєвого" вигляду.
Хрестоподібні геологічні тіла мають певну структуру: на заході вони складаються з бітумінозних порід, що об'єднуються в єдине тіло баженівської свити, а на сході переходять у піщано-глинисті породи, які своєю чергою швидко перетворюються на нормальні розрізи баженівської свити.
Головним елементом гравітаційної тектоніки є реологічна поверхня, яка дає змогу більш компетентним "пластинам" осадових порід ковзати одна по одній. Хоча лабораторні експерименти показують високі значення коефіцієнта тертя, на практиці рух може відбуватися на дуже пологих схилах, до 1° (Hubbert & Rubey, 1959, роль флюїдів у зменшенні тертя).
Вивчення розрізів на континентальних схилах показує, що зв'язок між характером залягання опадів на підніжжі та на схилі хребтів залежить від величини нахилу схилу. На схилах з нахилом понад 4°-5° опади практично відсутні, ймовірно, вони зносилися в западину з утворенням типової форми прилягання до нижньої частини схилу.
Мурдмаа І. О. при дослідженні закономірностей осадконакопичення в різних областях Світового океану дійшов висновку, що зсуви виникають найчастіше на схилах крутизною 3°-9° (у середньому 3,5°), але процес контролюється також швидкістю осадконакопичення.
В умовах лавинної седиментації зсув може відбуватися за ухилу 1° або менше. Дж. Кеннет вважає, що брудокам'яні потоки можуть рухатися навіть схилами крутизною 0,1° і пройти шлях до 700 км від вершин каньйонів до континентального підніжжя (Kennett, 1982, Marine Geology).
Рубі та Хабберт [31] пояснили механізм формування таких низьких коефіцієнтів тертя. Вони дійшли висновку, що надлишковий тиск флюїдів у гірському масиві може частково компенсувати навантаження від вищерозміщених шарів і суттєво змінити коефіцієнт тертя.
Під час ущільнення відкладів надлишковий тиск зростає швидше, ніж витискаються порові флюїди. Подальшому ущільненню перешкоджає нестисливість води, що міститься в порах, що дозволяє породам витримувати все більш високі навантаження від вищерозміщених шарів.
В результаті виникає ефективна плавучість осадових шарів на рідкій основі. В умовах розтягування (спредингу) і вертикальних рухів земної кори основним типом дислокацій в осадових шарах є нормальні розломи, які в умовах літосферної шаруватості трансформуються в лістричні розломи і можуть супроводжуватися гравітаційними обвалами, захоплюючи окремі структурно-формаційні комплекси, відомі під назвою "одиниці відриву" (Wernicke & Burchfiel, 1982, detachment faults).
У фронтальній частині насувних мас формуються складки і насувні структури, які прийнято ідентифікувати як "структури горизонтального стиснення".
Однак тилові частини, розташовані на високих гіпсометричних відмітках, часто піддаються ерозії, що в більшості випадків не дозволяє проводити тектонічний аналіз системи в цілому. Що стосується тектоніки платформ, то утворення численних структур горизонтального розширення, стиснення і зміщення обмеженої амплітуди, що сформувалися за обмежений проміжок часу, також можна пов'язати зі зміною кривизни поверхні мантії і реакцією жорсткої континентальної кори на цей процес (Cloetingh et al., 1998, lithospheric flexure).
Мережа блоків розломів і структурних ускладнень, що розвивається, відображає розподіл горизонтальних і вертикальних напружень у земній корі. Зони розшарування літосферних шарів утворюють камери, з яких відбувається розподіл флюїдів по всьому осадовому басейну. Такий механізм формування блокових структур на платформах може пояснити закріплення різних структурних елементів і їхню стійкість у просторі, незважаючи на високий ступінь фрагментації.
Тhe phantom of the Tethys Ocean is there, inside your mind
Найсуттєвішою неузгодженістю в теорії літосферних плит є вік океанів. Найдавніші породи океанічної кори належать до юрського віку (Sclater et al., 1977, вік океанічної кори). Якщо поверхня Землі була постійна, то куди поділася океанська кора палеозойського віку? Невже вся вона була затягнута під континенти, що займають 1/3 поверхні земної кулі, в 2 рази менші за площу океанів?
Найвідоміша і найкрасивіша легенда про океан Тетіс давно вийшла за межі інтересів геології і входить у культуру. Питання залишається про реальність існування цього океану. Тут саме час переінакшити слова з відомої опери і ввести їх у заголовок розділу.
Прихильники концепції тектоніки плит насамперед ґрунтуються на припущенні про сталість радіусу земної кулі, що змусило їх прийняти існування між Індією та Азією океану завширшки понад 6000 км. Гімалаї були оголошені результатом зіткнення Індії з Азією: Індія, за цією моделлю, рухалася на північ, а океанічна кора, що знаходилася перед нею, піддалася субдукції (Najman, 2006, Tethys and India–Asia collision).
Самуель Кері вважає, що фактичні дані спростовують цю концепцію, наводячи думки визнаних авторитетів із геології Гімалаїв.
...
