Континентальный дрейф — это гипотеза , возникшая в начале 20 века, о том, что континенты Земли движутся или дрейфуют относительно друг друга в течение геологического времени. [1] С тех пор гипотеза дрейфа континентов была подтверждена и включена в науку о тектонике плит , которая изучает движение континентов, когда они движутся по плитам литосферы Земли . [2]
Предположение о том, что континенты могли «дрейфовать», было впервые выдвинуто Авраамом Ортелиусом в 1596 году. Пионером современного взгляда на мобилизизм был австрийский геолог Отто Ампферер . [3] [4] Эта концепция была независимо и более полно развита Альфредом Вегенером в его публикации 1915 года «Происхождение континентов и океанов». [5] Однако в то время эта гипотеза была отвергнута многими из-за отсутствия какого-либо движущего механизма. Позже английский геолог Артур Холмс предложил в качестве этого механизма мантийную конвекцию .
Авраам Ортелиус (Ортелиус, 1596 г.), [6] Теодор Кристоф Лилиенталь (1756 г.), [7] Александр фон Гумбольдт (1801 и 1845 гг.), [7] Антонио Снайдер-Пеллегрини (Снайдер-Пеллегрини, 1858 г.) и другие ранее отмечали, что формы континентов на противоположных сторонах Атлантического океана (особенно Африки и Южной Америки), кажется, подходят друг другу. [8] У. Дж. Киус так описал мысли Ортелиуса: [9]
Авраам Ортелиус в своей работе «Тезаурус Географический…» предположил, что Америка была «отторгнута от Европы и Африки… землетрясениями и наводнениями», и далее сказал: «Остатки разрыва обнаружат себя, если кто-нибудь представит карту мира и внимательно рассматривает побережья трех [континентов]».
В 1889 году Альфред Рассел Уоллес заметил: «Раньше, даже среди геологов, было широко распространено убеждение, что крупные элементы земной поверхности, не меньше, чем меньшие, подвергаются постоянным мутациям и что в ходе известных В геологическом времени континенты и великие океаны снова и снова меняли места друг с другом». [10] Он цитирует слова Чарльза Лайеля : «Поэтому континенты, хотя и постоянны на протяжении целых геологических эпох, с течением времени полностью меняют свое положение». [11] и утверждает, что первым, кто поставил под сомнение это, был Джеймс Дуайт Дана в 1849 году.
В своем «Руководстве по геологии» (1863 г.) Дана писал: «Континенты и океаны имели свои общие очертания или форму, определенные в самые ранние времена. Это было доказано в отношении Северной Америки на основании положения и распределения первых отложений нижнего силура . , – эпохи Потсдама.Факты указывают на то, что поверхность континента Северной Америки находилась вблизи уровня прилива, частью выше и частью ниже его (с.196); и это, вероятно, будет доказано как состояние в Первичное время и других континентов. И если были намечены очертания континентов, то, следовательно, и очертания океанов были не менее таковыми». [13] Дана пользовался огромным влиянием в Америке — его «Руководство по минералогии» до сих пор издается в переработанном виде, — и эта теория стала известна как теория постоянства . [14]
Это, по-видимому, было подтверждено исследованием глубоководных морских глубин, проведенным экспедицией Челленджера в 1872–1876 годах, которое показало, что, вопреки ожиданиям, обломки суши, принесенные реками в океан, откладываются сравнительно близко к берегу на том месте, где сейчас находится известный как континентальный шельф . Это предполагало, что океаны были постоянным элементом поверхности Земли, а не «поменялись местами» с континентами. [10]
Эдуард Зюсс предложил суперконтинент Гондвану в 1885 году [15] и океан Тетис в 1893 году [16], предполагая, что сухопутный мост между нынешними континентами находится под водой в форме геосинклинали , а Джон Перри написал в 1895 году статью, в которой предполагал, что Недра Земли были текучими, и это противоречило мнению лорда Кельвина относительно возраста Земли. [17]
Помимо более ранних предположений, упомянутых выше, идея о том, что американские континенты когда-то составляли единый массив суши с Евразией и Африкой, была выдвинута несколькими учеными еще до публикации Альфреда Вегенера в 1912 году. [5] Хотя теория Вегенера сформировалась независимо и была более полной, чем теории его предшественников, Вегенер позже приписал сходные идеи ряду прошлых авторов: [18] [19] Франклин Коксворти (между 1848 и 1890 годами), [20] Роберто Мантовани (между 1889 и 1909 годами), Уильям Генри Пикеринг (1907 год) [21] и Фрэнк Берсли Тейлор (1908 год). [22]
Сходство геологических образований южного континента привело Роберто Мантовани в 1889 и 1909 годах к предположению, что все континенты когда-то были объединены в суперконтинент ; Вегенер отметил сходство карт Мантовани и его собственных карт прежнего положения южных континентов. По гипотезе Мантовани, этот континент раскололся из-за вулканической активности, вызванной тепловым расширением , а новые континенты отдалились друг от друга из-за дальнейшего расширения разрывных зон, где сейчас лежат океаны. Это побудило Мантовани предложить ныне дискредитированную теорию расширяющейся Земли . [23] [24] [25]
Дрейф континентов без расширения был предложен Фрэнком Берсли Тейлором , [26] который предположил в 1908 году (опубликовано в 1910 году), что континенты переместились в свои нынешние положения в результате процесса «континентальной ползучести», [27] [28] позже предложив механизм увеличения приливных сил во время мелового периода , перетаскивающих земную кору к экватору. Он был первым, кто осознал, что одним из последствий движения континентов будет образование гор, и объяснил образование Гималаев столкновением Индийского субконтинента с Азией. [29] Вегенер сказал, что из всех этих теорий теория Тейлора больше всего похожа на его собственную. Какое-то время в середине 20 века теорию дрейфа континентов называли «гипотезой Тейлора-Вегенера». [26] [29] [30] [31]
Альфред Вегенер впервые представил свою гипотезу Немецкому геологическому обществу 6 января 1912 года. [5] Его гипотеза заключалась в том, что континенты когда-то образовывали единый массив суши, называемый Пангеей , прежде чем расколоться на части и переместиться в свое нынешнее местоположение. [32]
Вегенер был первым, кто использовал словосочетание «континентальный дрейф» (1912, 1915) [5] [18] (по-немецки «die Verschiebung der Kontinente» – переведено на английский в 1922 году) и официально опубликовал гипотезу о том, что континенты каким-то образом « разошлись. Хотя он представил много доказательств дрейфа континентов, он не смог дать убедительного объяснения физических процессов, которые могли вызвать этот дрейф. Он предположил, что континенты были растянуты центробежной псевдосилой ( Полфлюхт ) вращения Земли или небольшой составляющей астрономической прецессии , но расчеты показали, что этой силы было недостаточно. [33] Гипотеза Полфлюхта также изучалась Полом Софусом Эпштейном в 1920 году и была признана неправдоподобной.
Несмотря на то, что теория дрейфа континентов была принята в настоящее время, она в течение многих лет отвергалась, а доказательства в ее пользу считались недостаточными. Одна из проблем заключалась в том, что отсутствовала убедительная движущая сила. [1] Вторая проблема заключалась в том, что оценка Вегенером скорости движения континентов, составлявшая 250 см/год, была неправдоподобно высокой. [34] (Принятая в настоящее время скорость отделения Америки от Европы и Африки составляет около 2,5 см/год). [35] Более того, к Вегенеру относились менее серьезно, поскольку он не был геологом. Даже сегодня детали сил, приводящих в движение плиты, плохо изучены. [1]
Английский геолог Артур Холмс отстаивал теорию дрейфа континентов в то время, когда она была совершенно немодной. В 1931 году он предположил, что мантия Земли содержит конвекционные ячейки, которые рассеивают тепло, образующееся в результате радиоактивного распада, и перемещают кору на поверхности. [36] Его «Принципы физической геологии» , заканчивающиеся главой о дрейфе континентов, были опубликованы в 1944 году. [37]
Геологические карты того времени показывали огромные сухопутные мосты, пересекающие Атлантический и Индийский океаны, что объясняло сходство фауны и флоры, а также разделение азиатского континента в пермский период, но не учитывало оледенение в Индии, Австралии и Южной Африке. [38]
Ганс Стилле и Леопольд Кобер выступили против идеи дрейфа континентов и работали над «фиксистской» [39] моделью геосинклинали , в которой сжатие Земли играет ключевую роль в формировании орогенов . [40] [41] Другими геологами, выступавшими против дрейфа континентов, были Бейли Уиллис , Чарльз Шухерт , Роллин Чемберлин, Вальтер Бухер и Вальтер Пенк . [42] [43] В 1939 году во Франкфурте прошла международная геологическая конференция . [44] На этой конференции доминировали фиксисты, особенно потому, что все геологи, специализировавшиеся на тектонике, были фиксистами, за исключением Виллема ван дер Грахта. [44] Критика дрейфа континентов и мобилизизма была обильна на конференции не только со стороны тектоников, но и с седиментологической (Нёльке), палеонтологической (Нёльке), механической (Леманн) и океанографической ( Тролль , Вюст ) точек зрения. [44] [45] Ганс Клоос , организатор конференции, также был фиксистом [44] , который вместе с Троллем придерживался мнения, что, за исключением Тихоокеанских континентов, по своему поведению радикально не отличаются от океанов. [45] Мобилистская теория Эмиля Аргана об альпийской складчатости подверглась критике со стороны Курта Лойхса. [44] Немногочисленные дрифтеры и мобилисты на конференции обратились к биогеографии (Кирш, Виттман), палеоклиматологии ( Вегенер, К. ), палеонтологии (Герт) и геодезическим измерениям (Вегенер, К.). [46] Ф. Бернауэр правильно отождествил Рейкьянес на юго-западе Исландии со Срединно-Атлантическим хребтом , утверждая при этом, что дно Атлантического океана подвергалось растяжению так же, как и Рейкьянес. Бернауэр считал, что это расширение привело к смещению континентов всего на 100–200 км друг от друга, что примерно соответствует ширине вулканической зоны в Исландии . [47]
Дэвид Аттенборо , посещавший университет во второй половине 1940-х годов, рассказал об инциденте, иллюстрирующем тогдашнее непринятие этой идеи: «Однажды я спросил одного из моих преподавателей, почему он не говорил с нами о дрейфе континентов, и мне с насмешкой ответили, что если бы я смог доказать, что существует сила, способная перемещать континенты, тогда он мог бы подумать об этом. Мне сообщили, что эта идея была выдумкой». [48]
Еще в 1953 г., всего за пять лет до того, как Кэри [49] представил теорию тектоники плит , теория дрейфа континентов была отвергнута физиком Шайдеггером на следующих основаниях. [50]
С 1930-х по конец 1950-х годов в работах Венинг-Мейнеса , Холмса, Умбгроува и многих других были изложены концепции, которые были близки или почти идентичны современной теории тектоники плит. В частности, английский геолог Артур Холмс в 1920 году предположил, что места соединения плит могут находиться под водой , а в 1928 году — что движущей силой могут быть конвекционные потоки внутри мантии. [51] Взгляды Холмса оказали особое влияние: в свой бестселлер « Принципы физической геологии» он включил главу о дрейфе континентов, предполагая, что мантия Земли содержит конвекционные ячейки , которые рассеивают радиоактивное тепло и перемещают земную кору на поверхности. [52] [53] Предложение Холмса разрешило возражение о фазовом неравновесии (основная жидкость не затвердевала за счет радиоактивного нагревания из ядра). Однако научная коммуникация в 1930-х и 1940-х годах была затруднена Второй мировой войной , и теория все еще требовала работы, чтобы не потерпеть крах на возражениях по поводу складчатости и изостазии . Хуже того, наиболее жизнеспособные формы теории предсказывали существование границ конвекционных ячеек, уходящих глубоко в Землю, которые еще предстоит наблюдать. [ нужна цитата ]
В 1947 году группа учёных под руководством Мориса Юинга подтвердила существование поднятия центральной части Атлантического океана и обнаружила, что дно морского дна под отложениями химически и физически отличается от континентальной коры. [54] [55] Поскольку океанографы продолжали батиметрические измерения океанских бассейнов, была обнаружена система срединно-океанических хребтов. Важным выводом было то, что в рамках этой системы создавалось новое дно океана, что привело к появлению концепции « Великого глобального разлома ». [56]
Тем временем ученые начали распознавать странные магнитные изменения на дне океана, используя устройства, разработанные во время Второй мировой войны для обнаружения подводных лодок. [57] В течение следующего десятилетия становилось все более очевидным, что закономерности намагничивания не были аномалиями, как первоначально предполагалось. В серии статей 1959–1963 годов Хизен, Дитц, Гесс, Мейсон, Вайн, Мэтьюз и Морли коллективно пришли к выводу, что намагниченность океанского дна образует обширные зеброподобные узоры: одна полоса будет иметь нормальную полярность, а прилегающая к ней — нормальную полярность. полоски обратной полярности. [58] [59] [60] Лучшим объяснением была «конвейерная лента» или гипотеза Вайна-Мэтьюза-Морли . Новая магма из глубин Земли легко поднимается через эти слабые зоны и в конечном итоге извергается вдоль гребней хребтов, создавая новую океаническую кору. Новая кора намагничена магнитным полем Земли, которое время от времени претерпевает изменения . Образование новой коры затем раздвигает намагниченную корку, подобно конвейерной ленте – отсюда и название. [61]
Не имея реальных альтернатив для объяснения появления полос, геофизики были вынуждены прийти к выводу, что Холмс был прав: океанские разломы были местами постоянного складчатого образования на границах конвекционных ячеек. [62] [63] К 1967 году, всего через два десятилетия после открытия срединно-океанических разломов и через десять лет после открытия полосатости, тектоника плит стала аксиомой для современной геофизики.
Кроме того, Мари Тарп в сотрудничестве с Брюсом Хизеном , который поначалу скептически относился к наблюдениям Тарпа о том, что ее карты подтверждают теорию дрейфа континентов, предоставили существенные подтверждения, используя свои навыки в картографии и сейсмографические данные для подтверждения теории. [64] [65] [66] [67] [68]
Геофизику Джеку Оливеру приписывают предоставление сейсмологических доказательств, подтверждающих тектонику плит, которая охватила и заменила дрейф континентов, в статье «Сейсмология и новая глобальная тектоника», опубликованной в 1968 году, с использованием данных, собранных с сейсмологических станций, в том числе тех, которые он создал в южной части Тихого океана. . [69] [70] Современная теория тектоники плит , уточняющая Вегенера, объясняет, что существует два типа коры различного состава: континентальная кора и океаническая кора , плавающие над гораздо более глубокой « пластической » мантией. Континентальная кора по своей природе легче. Океаническая кора создается в центрах спрединга , и это, наряду с субдукцией , приводит систему плит в хаотичный вид, что приводит к непрерывной складчатости и областям изостатического дисбаланса.
Доказательства движения континентов по тектоническим плитам в настоящее время обширны. Подобные окаменелости растений и животных находят по берегам разных континентов, что позволяет предположить, что они когда-то были объединены. Одним из примеров являются окаменелости мезозавра , пресноводной рептилии, очень похожей на маленького крокодила, найденной как в Бразилии , так и в Южной Африке ; другой — открытие окаменелостей наземной рептилии Lystrosaurus в породах того же возраста в местах Африки , Индии и Антарктиды . [71] Существуют также живые доказательства: одни и те же животные встречаются на двух континентах. Некоторые семейства дождевых червей (такие как Ocnerodrilidae, Acanthodrilidae, Octochaetidae) встречаются в Южной Америке и Африке.
Взаимодополняющее расположение противоположных сторон Южной Америки и Африки очевидно, но является временным совпадением. Через миллионы лет притяжение плит , толкание хребтов и другие силы тектонофизики будут еще больше разделять и вращать эти два континента. Именно эта временная особенность вдохновила Вегенера на изучение того, что он определил как дрейф континентов, хотя он не дожил до того, чтобы его гипотеза была общепринятой.
Широкое распространение пермско-каменноугольных ледниковых отложений в Южной Америке, Африке, Мадагаскаре, Аравии, Индии, Антарктиде и Австралии явилось одним из важнейших доказательств теории дрейфа континентов. Непрерывность ледников, выведенная из ориентированных ледниковых полос и отложений, называемых тиллитами , предполагала существование суперконтинента Гондвана , который стал центральным элементом концепции дрейфа континентов. Полосы указывали на поток ледников от экватора к полюсам, исходя из текущего положения и ориентации континентов, и подтверждали идею о том, что южные континенты раньше находились в совершенно разных местах, соприкасающихся друг с другом. [18]
Неспособность Вегенера дать адекватное объяснение сил, ответственных за дрейф континентов, и преобладающее мнение о том, что Земля тверда и неподвижна, привели к научному отклонению его теорий.