Б. Мелководные фасции (песчаники и т.д.). Холл был вынужден признать, что осадконакопление сопровождалось опусканием морского дна. Поскольку оба явления были явно тесно связаны, он относил прогибание морского дна за счёт веса осадков, но не дал точного определения механизма этого процесса." "
Итак, факты говорят, что кое-где земная кора послушно опускается даже под действием даже таких эфемерных нагрузок, как морские осадки, и в то же время миллионы лет упрямо держит высокогорный Тибет и самые высокие горы планеты - Гималаи. Можно ли объяснить этот парадокс?
Можно! И этой теме посвящена настоящая глава. До тех пор пока не объяснён парадокс Холла, понять горообразование невозможно. Всякий раз, когда приходится рассматривать конкретные данные по строению верхнего слоя земной коры, парадокс Холла в том или ином виде проявляет себя.
Релаксация земной коры.
Первая мысль, которая приходит в голову, когда сталкиваешься с парадоксом Холла, звучит несколько непривычно, но по сути дела она совершенно естественна: в нормальном состоянии земная кора прекрасно держит всё, что на ней находится, но во время литосферных катастроф она несколько "размягчаются" и её рельеф стремится занять положение, соответствующее изостатическому равновесию; отдельные её зоны "размягчаются" настолько, что оказавшиеся там участки
верхности достигают уровня изостатического равновесия. В последнем случае, осадки, накопившиеся за 8-9 тысяч лет - мгновение в геологической истории, - возвращаются в "исходное состояние" в связи с "опусканием морского дна". Можно ли, просто глядя на карту или глобус, а это основной метод исследования, принятый в теоретической географии, сказать, где находятся области, в которых рельеф в процессе грядущей литосферной катастрофы займёт положение, соответствующее изостатическому состоянию? Можно!
Возьмём в руки глобус и станем его поворачивать так, чтобы точки Южно-Атлантического разлома, являющиеся следом, оставленным Южным полюсом в ходе литосферной катастрофы, произошедшей 9300 лет назад, занимали положение Южного полюса. Легко заметить, что при переходе от одной точки Южно-Атлантического разлома к другой, глобус поворачивается фактически вокруг оси, проходящей через "центр Индостана", точку с координатами: 15° северной широты, 80° восточной долготы. В 15° от неё находится высочайшая на земле вершина Джомолунгма и высокогорное плато Тибет, следовательно, области, лежащие в районе оси, около которой происходит поворот литосферы при литосферной катастрофе, не теряют присущей им жёсткости. Рассмотрим высочайшие горы, расположенные на самой молодой кольцевой горной системе, проходящей через Гималаи, Кавказ, Альпы, Атласские горы... Литосферные катастрофы, порождаемые льдами Гренландии и Антарктиды, будоражащие нашу планету вот уже несколько миллионов лет, стремились по мере возможностей загладить этот шов. Чтобы понять насколько успешно они справлялись с этой задачей, составим таблицу, содержащую имя, высоту в метрах и удаление от оси в градусах. Для измерения удаления воспользуемся циркулем. Устанавливая иглу циркуля в вершину горы на глобусе, а другую ножку в "центр Индостана", снимаем с глобуса длину хорды. Перенося её на экватор, находим эквивалентную ей "длину в градусах".
Последняя вершина находится в Южной Америке, поэтому измерялось расстояние от неё до противоположного конца оси, расположенного в точке с координатами: 15° южной широты, 100° западной долготы. Если бы никакой связи между высотой и
удалением от оси не было, "цифры плясали" бы самым удивительным образом, но они ложатся на хорошую гладкую кривую, поэтому можно считать, что области, в которых земная кора находится в изостатическом положении, удалены от "центра Индостана" на 90°. Действительно, соответствующая этому определению окружность большого круга проходит по океанам.
Геомеханика.
Похоже, что эти рассуждения не так глупы, как это могло сразу показаться. По крайней мере, они не настолько беспочвенны, как традиционные теории горообразования, согласно которым основной причиной, вызывающей образование гор является сжатие земной коры, а растяжение - ответственно за образование трещин и провалов. Сама идея о том, что сжатие способно формировать горы, восходит к Леонарду Эйлеру. Он первый исследовал этот вид неустойчивости и показал, что при определённых условиях сжатые оболочки теряют устойчивость и вспучиваются. Чтобы понаблюдать это, достаточно сжать пальцами обычную игральную карту - она согнётся, но форма, которую принимает карта, чрезвычайно далека от формы хребтов и долин в горных системах. Представьте, что игральная карта сделана из камня и имеет толщину 70 километров, вы сжимаете её и от этого усилия на одной из её сторон образуются складочки высотой 1-2 километра, а ведь именно настолько возвышаются хребты над долинами даже в самых высоких горах. Ярого сторонника идеи "сжатия и растяжения" неплохо было бы поместить в металлическую
дочку, имеющую форму шара, дать ему всё, что он попросит, чтобы он мог изнутри растягивать и сжимать оболочку, как ему заблагорассудится. Цель: сформировать на наружной поверхности оболочки складки типа горных хребтов, возвышающиеся над поверхностью оболочки на 1-2% от её толщины. Когда говорят, что горные хребты могут образоваться в результате сжатия Земли, подобно тому, как образуются складки на усыхающем яблоке, то говорят заведомую нелепость, потому что глубина складок на засыхающем яблоке во много раз превосходит толщину его кожицы, тогда как на Земле всё как раз наоборот. Горные хребты - это величайший механический парадокс нашей планеты.
Хотя опыт с металлической оболочкой в принципе реализуем, вряд ли у кого возникают сомнения в том, что его следует осуществлять, потому что создать горные системы таким образом невозможно. Мы далеки от мысли воспользоваться этими неудачами, чтобы сделать вывод: раз учёные-физики не могут, пользуясь имеющимся у них сознанием и техническими достижениями эпохи, воспроизвести хоть что-нибудь напоминающее горные хребты, то горные системы Земли - продукт деятельности Высшего Разума, цели и методы Которого нам не дано понять. Напротив, мы уверены, что горные системы - это продукт бессмысленного "творчества" каких-то стихийных процессов, хорошо нам знакомых, но которые никто и никогда не рассматривал как возможный механизм горообразования на Земле.
Нужного вида складки возникают на поверхности металла, когда его пытаются сломать. Возьмите, к примеру, обычный гвоздь и начните его сгибать-разгибать в одном и том же месте. Через какое-то время на его поверхности появятся складки и вскоре он сломается, так как одно из образовавшихся ущелий распространится по всему сечению гвоздя.
Итак, мы нащупали основную модель геомеханики: горные хребты - это следствие бессмысленного закачивания огромных порций механической энергии, вызывающей сильное внутреннее напряжение земной коры. Порождаемые этими напряжениями усталостные деформации приводят к образованию горных хребтов, располагающихся в основном параллельно "линии сгибания".
Если бы земная кора была идеально однородной, то остаточные напряжения формировали бы чисто фрактальные системы горных хребтов, как результат игры "великого господина случая". Но поверхностные области земной коры имеют явно выраженную слоистость - результат накопления осадков и жизнедеятельности микроорганизмов, поэтому при несомненной фрактальности в малых окрестностях структура хребтов частично упорядочивается, как бы учитывая особенности залегания более древних слоев.
Кривизна литосферы.
Воспользуемся упрощённой моделью земной поверхности, согласно которой Земля имеет вид сплюснутого эллипсоида
(Х/Ле)2 + (y/R^ + (2/^)2 = 1.
Кривизна гладкой трёхмерной поверхности выражается через кривизну линии. Нас будет далее интересовать только тот случай, когда линия задана параметрически х = (р(0; у - у(0. В этом случае кривизна линии вычисляется по формуле
k = 1/R = (x'y" - у'^')/(^ + V'^ft
Гениальный математик всех времён и народов Леонард Эйлер показал, что нормальная кривизна линии, проходящей по поверхности, зависит от её направления; существуют два перпендикулярных направления, называемых главными, характеризующиеся двумя экстремальными значениями кривизны: максимальным и минимальным, называемые главными. Нормальная кривизна произвольной линии, проходящей по поверхности удовлетворяет уравнению Эйлера k = ki cos2(p + k-i sin2(p ,
где (p - угол, образуемый линией с главным направлением для кривизны k].
Ввиду симметрии эллипсоида вращения (он переходит сам в себя при отражении зеркале, когда плоскость зеркала проходит ^ерез ось вращения) одно из главных направлений проходит в направлении меридиана, следовательно, другое проходит перпендикулярно ему. Теперь мы можем вычислить кривизну
