Коромантийные радиальные и производные от них горизонтальные структурообразующие движения

Крупнейшие внутриконтинентальные и океанические структуры, щиты, плиты, дейтероорргены, подводные и надводные горные хребты и другие создаются радиальными тектоническими движениями, охватывающими земную кору в целом. Это — движения общекоровые. Однако в перемещения вовлекаются не только массы земной коры, но также вещество верхней мантии Поэтому данный ранг движений правильнее называть коромантийным или литосферным. Они соответствуют тем движениям, которые Г. К. Гилберт и Г. Штилле назвали эпейрогеническими и орогеническими, А. Д. Озерский и М. М. Тетяев — колебательными, А. П. Карпинский — волнообразно-колебательными, Э. Хаарман и Р. В. ван Беммелен — ундационными, В. В. Белоусов — волновыми движениями и общими колебаниями, В. Е. Хайн и Н. И. Николаев — глубинными.

Согласно сейсмическим данным, земная кора может быть уподоблена ледяным полям и айсбергам, плавающим в водоёме (рис. 54). Рельеф поверхности коры явно связан с её толщиной: чем она толще, тем выше рельеф её поверхности. Этот вывод полностью подтверждается гравиметрическими исследованиями. Ни одна из крупных морфологических или морфоструктурных неоднородностей коры, включая огромные неровности рельефа земной поверхности и границы М, не отображается в гравитационном поле Земли. Аномалии с поправкой «в свободном воздухе» над ними либо близки к нулю, либо очень малы. По расчётам Е. Н. Люстиха (1957) они отражают не более 10 % от ожидаемого гравитационного эффекта, связанного с той или иной неоднородностью коры или неровностью её рельефа. Неоднородность коры не создаёт избытка или дефицита массы в своём секторе Земли. Земная кора как бы лишена собственного веса. Это возможно лишь в том случае, если она действительно плавает на своём субстрате, вытесняя его в количестве, равном себе по весу, подобно тому как плавают льдины на воде. Условия такого плавания земной коры на мантийном субстрате с отображением положения коры относительно уровня моря и свободной поверхности мантии (рис. 55) определяются следующими двумя уравнениями (Магницкий, 1965):





для континентальных областей



для акваторий



где Н — абсолютная отметка дневной поверхности коры относительно уровня моря; М — мощность земной коры; Т — положение гидростатически свободной поверхности мантии относительно уровня моря. Усреднённое числовое значение этой величины, рассчитанное с использованием средних значений плотности земной коры, воды и мантии, равно — 5 км (Магницкий, 1965; Ушаков, Исаев, 1969); ρм, ρк, pв — плотности верхней мантии, земной коры и морской воды, в среднем равные 3.32, 2.85, 1.03 г/см3.

Земная кора, являясь свободно плавающим телом, весит столько же, сколько весит вытесненный ею субстрат. Поэтому естественно, что давление в мантии не зависит ни от толщины, ни от плотности коры, ни от морфологии ее верхней и нижней границ, ни от веса масс воды или льда, лежащих на коре сверху. На любой условно выбранной горизонтальной поверхности, расположенной ниже подошвы коры, суммарное давление, создаваемое корой, надкоровыми массами и мантийными породами должно быть повсеместно одинаковым. Это интересное явление, представляющее собой нормальное следствие закона Архимеда, американский геолог К. Деттон в 1892 г. назвал изостазией (греч. изостазиос — равный по весу). В математической форме явление изостазии для смежных территорий описывается следующими общими уравнениями:





где Ρн, Ρк, Ρм — вес надкоровых масс (н), земной коры (к) и пород мантии (м) в разных блоках смежных территорий; А°, А’, М°, М’, №, N’ — мощность надкоровых масс (А), земной коры (М) и пород мантии (N) смежных блоков; ρн, ρк, ρм — плотность надкоровых масс (н), коры (к) и пород мантии (м) смежных блоков; С — постоянная величина, равная суммарному весу пород мантии, коры и надкоровых масс, расположенных выше условно выбранной горизонтальной поверхности — поверхности изостатической компенсации.

Все приведённые уравнения составлены с учётом современных сейсмических и гравиметрических данных и отражают современное состояние изостатической системы кора—мантия. Несомненно, они применимы и к прошлым геологическим эпохам. Тогда, как и в настоящее время, земная кора также «плавала» на своём мантийном субстрате, подчиняясь гидростатическому закону Архимеда. На это указывает множество геологических фактов. Например, об этом свидетельствует отсутствие заметных отрицательных гравитационных аномалий в тех местах, где в недалёком прошлом существовали высокогорные сооружения, позднее полностью размытые. В частности, на Урале, где 250–200 млн. лет назад, в конце палеозоя—триасе, существовали горы высотой до 4–5 км. Отсутствуют также заметные положительные аномалии над крупными седиментационными бассейнами прошлого, в которых накопились многокилометровые толщи осадочного вещества, принесённого извне, например, над Западно-Сибирским или Прикаспийским бассейнами, где массы привнесённого материала имеют мощность до 15 км и более. На это же указывают и геологические данные. В глубоководных бассейнах прошлого земная кора, как и в настоящее время, имела небольшую толщину. Именно такая кора наблюдается сейчас в древних секторах мирового океана и в древних складчатых комплексах континентов, где кора прошлого вкраплена в виде шарьяжных пластин. В пределах древних материков кора, напротив, всегда была очень мощной. Древние субаэральные отложения покоятся на предварительно денудированной поверхности геосинклинальных складчатых сооружений, а эти сооружения, состоящие из осадочно-вулканогенных и метаморфических толщ, всегда отличались огромной суммарной мощностью.

Следовательно, приведённые уравнения имеют ретроспективное значение и могут использоваться для оценки кинематических взаимоотношений масс земной коры и верхней мантии на всех этапах геологической истории нашей планеты.

Из общих уравнений изостазии (3), (4) и уравнений В. А. Магницкого (1), (2) хорошо видно, что кинематическое состояние верхних оболочек планеты контролируется небольшой группой параметров: их весом, плотностью и мощностью. До тех пор пока эти параметры остаются неизменными, все массы горных пород, располагающиеся выше поверхности компенсации, будут находиться в состоянии тектонического покоя. Но стоит хотя бы одному из параметров измениться, как массы горных пород придут в движение. Они станут перемещаться вверх или вниз (а вещество мантии ещё и в стороны) на новые гипсометрические уровни, соответствующие новым, изменённым параметрам взаимодействующих геологических объектов. Все перемещения будут осуществляться внутри гидростатической системы земная кора — верхнемантийный субстрат по закону Архимеда в его изостатическом варианте. Поэтому в общем генетическом отношении все движения, связанные с изменениями весовых, плотностных или геометрических параметров верхних оболочек планеты, по своей природе являются движениями гидростатическими. Амплитуду этих движений можно сравнительно легко определять, используя закон Архимеда или уравнения В. А. Магницкого, общие уравнения изостазии и их упрощённые модификации.

Ранг коромантийных движений внутренне неоднороден и может быть разделён на несколько классов. Многие геологические процессы сопровождаются латеральным перераспределением материальных масс в верхних оболочках планеты. Эти процессы нарушают изостатичецки уравновешенное состояние недр и потому являются процессами антиизостатическими. Коромантийные тектонические движения, генетически связанные с такими процессами, всегда направлены на восстановление изостазии и поэтому называются изостатическими. Общая отличительная особенность этих движений состоит в том, что они оформляются в виде кинематических систем, в которых вертикальные перемещения земной коры обязательно сопровождаются горизонтальными перетоками вещества верхней мантии, полностью компенсирующими латеральные перемещения масс на земной поверхности или внутри земной коры. Антиизостатические процессы могут быть эндогенными, экзогенными или техногенными. С учётом этого выделяются три класса движений: изостатические эндогенные, экзогенные и техногенные.

Другие геологические процессы, изменяя параметры оболочек, изостазию не нарушают. Движения, связанные с такими процессами, составляют группу собственно тектонических движений. В ней можно выделить два класса: термотектонические движения, связанные с изменениями плотности и морфологии надастеносферной (внешней) мантии, и вертикальные компенсационные движения, возбуждённые мантийно-коровым массообменом.

Коромантийным (верхнемантийно-коровым) глубинным тектоническим движениям посвящены труды очень многих исследователей. Особенно обширен список работ, связанный с проблемами изостазии и изостатических движений. В нашей стране по этой проблеме наиболее заметны исследования Б. А. Андреева, М. Е. Ертемьева, Е. В. Артюшкова, В. В. Белоусова, Н. А. Беляевского, А. А. Борисова, А. Г. Гайнанова, М. В. Гзовского, Г. 3. Гурария, Р. М. Деменицкой, Н. Я. Кунина, П. Н. Кропоткина, Ю. А. Косыгина, Е. Н. Люстиха, В. А. Магницкого, Н. И. Николаева, И. А. Резанова, С. И. Субботина, П. М. Сычева, С. А. Ушакова, А. Ш. Фей-тельсона, Ю. А. Юрова. В них отчётливо было показано, что изостатические движения имеют различную природу. В этой группе радиальные перемещения земной коры всегда ассоциируют с тангенциальными перетоками вещества внешней мантии, компенсирующими привнос или убыль вещества в вышележащих объектах земной коры или на её дневной поверхности.