Континентальный дрейф — это теория , возникшая в начале 20-го века, согласно которой континенты Земли перемещаются или дрейфуют относительно друг друга в течение геологического времени. [1] Теория континентального дрейфа с тех пор была подтверждена и включена в науку тектоники плит , которая изучает движение континентов, когда они движутся по плитам литосферы Земли . [2]
Предположение о том, что континенты могли «дрейфовать», впервые было выдвинуто Авраамом Ортелием в 1596 году. Пионером современного взгляда на мобилизм был австрийский геолог Отто Ампферер . [3] [4] Концепция была независимо и более полно развита Альфредом Вегенером в его публикации 1915 года «Происхождение континентов и океанов». [5] Однако в то время его гипотеза была отвергнута многими из-за отсутствия какого-либо движущего механизма. В 1931 году английский геолог Артур Холмс предложил мантийную конвекцию в качестве этого механизма.
Авраам Ортелиус (Ortelius 1596), [6] Теодор Кристоф Лилиенталь (1756), [7] Александр фон Гумбольдт (1801 и 1845), [7] Антонио Снайдер-Пеллегрини (Snider-Pellegrini 1858) и другие ранее отмечали, что формы континентов на противоположных сторонах Атлантического океана (в первую очередь, Африки и Южной Америки), по-видимому, соответствуют друг другу. [8] В. Дж. Киус описал мысли Ортелиуса следующим образом: [9]
Авраам Ортелий в своей работе «Thesaurus Geographicus»... предположил, что Америка была «оторвана от Европы и Африки... землетрясениями и наводнениями», и продолжил: «Следы разрыва обнаруживаются, если кто-то достает карту мира и внимательно рассматривает побережья трех [континентов]».
В 1889 году Альфред Рассел Уоллес заметил: «Раньше было очень распространено мнение, даже среди геологов, что крупные объекты земной поверхности, не меньше, чем мелкие, подвергались постоянным изменениям, и что в течение известного геологического времени континенты и великие океаны снова и снова менялись местами друг с другом». [10] Он цитирует Чарльза Лайелла , который сказал: «Таким образом, континенты, хотя и остаются неизменными в течение целых геологических эпох, полностью меняют свое положение в течение веков». [11] и утверждает, что первым, кто усомнился в этом, был Джеймс Дуайт Дана в 1849 году.
В своем «Руководстве по геологии» (1863) Дана писал: «Континенты и океаны имели свои общие очертания или форму, определенные в древнейшие времена. Это было доказано в отношении Северной Америки по положению и распределению первых слоев нижнего силура , — тех, что относятся к Потсдамской эпохе . Факты указывают на то, что поверхность континента Северная Америка находилась вблизи уровня прилива, часть выше, а часть ниже его (стр. 196); и, вероятно, будет доказано, что это было состоянием в первобытное время и других континентов. И если очертания континентов были обозначены, то из этого следует, что очертания океанов были не менее значительными». [13] Дана имел огромное влияние в Америке — его «Руководство по минералогии» все еще печатается в переработанном виде — и эта теория стала известна как теория постоянства . [14]
Это, по-видимому, подтвердилось 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, что сейчас известно как континентальный шельф . Это предполагало, что океаны были постоянным элементом поверхности Земли, а не «менялись местами» с континентами. [10]
Эдуард Зюсс в 1885 году [15] предложил существование суперконтинента Гондвана , а в 1893 году — океана Тетис , [16] предполагая, что между нынешними континентами существует сухопутный мост , затопленный в форме геосинклинали , а Джон Перри в 1895 году написал статью, в которой предположил, что внутренняя часть Земли жидкая, и не согласился с лордом Кельвином относительно возраста Земли. [17]
Помимо более ранних предположений, упомянутых выше, идея о том, что американские континенты когда-то образовывали единую сушу с Евразией и Африкой, была высказана несколькими учеными до статьи Альфреда Вегенера 1912 года. [5] Хотя теория Вегенера была сформирована независимо и была более полной, чем у его предшественников, Вегенер позже приписывал ряду прошлых авторов схожие идеи: [18] [19] Франклин Коксворти (между 1848 и 1890 годами), [20] Роберто Мантовани (между 1889 и 1909 годами), Уильям Генри Пикеринг (1907) [21] и Фрэнк Берсли Тейлор (1908). [22]
Сходство геологических формаций южного континента привело Роберто Мантовани к предположению в 1889 и 1909 годах, что все континенты когда-то были объединены в суперконтинент ; Вегенер отметил сходство карт Мантовани и его собственных карт прежнего положения южных континентов. В гипотезе Мантовани этот континент раскололся из-за вулканической активности, вызванной тепловым расширением , а новые континенты отдалились друг от друга из-за дальнейшего расширения зон разломов, где сейчас находятся океаны. Это привело Мантовани к предложению ныне дискредитированной теории расширяющейся Земли . [23] [24] [25]
Континентальный дрейф без расширения был предложен Фрэнком Берсли Тейлором [26] , который в 1908 году предположил (опубликовано в 1910 году), что континенты были перемещены в их нынешние положения в результате процесса «континентального сползания», [27] [28] позже предложив механизм увеличения приливных сил во время мелового периода , тянущих кору к экватору. Он был первым, кто понял, что одним из эффектов континентального движения будет образование гор, приписывая образование Гималаев столкновению Индийского субконтинента с Азией. [29] Вегенер сказал, что из всех этих теорий, теория Тейлора имела наибольшее сходство с его собственной. Некоторое время в середине 20-го века теория континентального дрейфа упоминалась как «гипотеза Тейлора-Вегенера». [26] [29] [30] [31]
Альфред Вегенер впервые представил свою гипотезу Немецкому геологическому обществу 6 января 1912 года. [5] Он предположил, что континенты когда-то образовывали единый массив суши, называемый Пангеей , прежде чем распались и дрейфовали в своих нынешних местоположениях. [32]
Вегенер был первым, кто использовал фразу «континентальный дрейф» (1912, 1915) [5] [18] ( нем. « die Verschiebung der Kontinente» ) и опубликовал гипотезу о том, что континенты каким-то образом «разошлись». Хотя он представил много доказательств континентального дрейфа, он не смог дать убедительного объяснения физических процессов, которые могли бы вызвать этот дрейф. Он предположил, что континенты были раздвинуты центробежной псевдосилой ( Polflucht ) вращения Земли или небольшой составляющей астрономической прецессии , но расчеты показали, что этой силы было недостаточно. [33] Гипотеза Polflucht также была изучена Паулем Софусом Эпштейном в 1920 году и признана неправдоподобной.
Хотя теперь теория континентального дрейфа принята, и даже с меньшинством научных сторонников на протяжении десятилетий, она в значительной степени отвергалась в течение многих лет, а доказательства в ее пользу считались недостаточными. Одна из проблем заключалась в том, что отсутствовала правдоподобная движущая сила. [1] Вторая проблема заключалась в том, что оценка Вегенером скорости движения континентов, 250 см/год (100 дюймов/год), была неправдоподобно высокой. [34] (В настоящее время принятая скорость отделения Америки от Европы и Африки составляет около 2,5 см/год (1 дюйм/год).) [35] Кроме того, к Вегенеру относились менее серьезно, потому что он не был геологом. Даже сегодня детали сил, движущих плиты, плохо изучены. [1]
Английский геолог Артур Холмс отстаивал теорию континентального дрейфа в то время, когда она была глубоко немодной. В 1931 году он предположил, что мантия Земли содержит конвекционные ячейки, которые рассеивают тепло, производимое радиоактивным распадом, и перемещают кору на поверхности. [36] Его «Принципы физической геологии» , заканчивающиеся главой о континентальном дрейфе, были опубликованы в 1944 году. [37]
Геологические карты того времени показывали огромные сухопутные мосты, пересекающие Атлантический и Индийский океаны, что объясняет сходство фауны и флоры, а также разделение азиатского континента в пермский период, но не учитывали оледенение в Индии, Австралии и Южной Африке. [38]
Ганс Штилле и Леопольд Кобер выступили против идеи континентального дрейфа и работали над «фиксистской» [39] геосинклинальной моделью, в которой сжатие Земли играло ключевую роль в формировании орогенов . [40] [41] Другими геологами, которые выступали против континентального дрейфа, 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, специализирующиеся на тектонике, были фиксистами, за исключением Виллема ван дер Грахта. [44] На конференции было много критики континентального дрейфа и мобилизма не только со стороны тектоников, но и с точки зрения седиментологии (Нёльке), палеонтологии (Нёльке), механики (Леманн) и океанографии ( Тролль , Вюст ). [44] [45] Ганс Клоос , организатор конференции, также был фиксистом [44], который вместе с Троллем придерживался мнения, что за исключением Тихого океана континенты не сильно отличаются от океанов по своему поведению. [45] Мобилистская теория Эмиля Аргана для альпийской орогенеза была подвергнута критике Куртом Лойхсом. [44] Немногочисленные дрифтеры и мобилисты на конференции апеллировали к биогеографии (Кирш, Виттман), палеоклиматологии ( Вегенер, К ), палеонтологии (Герт) и геодезическим измерениям (Вегенер, К). [46] Ф. Бернауэр правильно приравнял Рейкьянес на юго-западе Исландии к Срединно-Атлантическому хребту , утверждая при этом, что дно Атлантического океана подвергается растяжению , как и Рейкьянес. Бернауэр считал, что это расширение раздвинуло континенты на расстояние всего 100–200 км (60–120 миль) друг от друга, что соответствует приблизительной ширине вулканической зоны в Исландии . [47]
Дэвид Аттенборо , учившийся в университете во второй половине 1940-х годов, рассказал об инциденте, иллюстрирующем отсутствие признания этой идеи в то время: «Однажды я спросил одного из своих преподавателей, почему он не говорит с нами о континентальном дрейфе, и он с насмешкой ответил мне, что если я смогу доказать, что существует сила, способная двигать континенты, то он, возможно, подумает об этом. Мне сообщили, что эта идея — полная чушь». [48]
Еще в 1953 году — всего за пять лет до того, как Кэри [49] представил теорию тектоники плит — физик Шайдеггер отверг теорию континентального дрейфа по следующим причинам. [50]
С 1930-х до конца 1950-х годов работы Венинга-Майнеса , Холмса, Амбгроува и многих других изложили концепции, которые были близки или почти идентичны современной теории тектоники плит. В частности, английский геолог Артур Холмс предположил в 1920 году, что стыки плит могут находиться под морем , а в 1928 году — что движущей силой могут быть конвекционные потоки внутри мантии. [51] Взгляды Холмса были особенно влиятельны: в свой бестселлер, учебник «Принципы физической геологии», он включил главу о континентальном дрейфе, предположив, что мантия Земли содержит конвекционные ячейки , которые рассеивают радиоактивное тепло и перемещают кору на поверхности. [52] [53] Предложение Холмса разрешило возражение о фазовом неравновесии (подстилающая жидкость не затвердевала из-за радиоактивного нагрева от ядра). Однако научное общение в 1930-х и 1940-х годах было затруднено Второй мировой войной , и теория все еще требовала доработки, чтобы избежать провала в возражениях орогенеза и изостазии . Хуже того, наиболее жизнеспособные формы теории предсказывали существование границ конвективных ячеек, достигающих глубоких слоев Земли, которые еще не были обнаружены. [ необходима цитата ]
В 1947 году группа ученых под руководством Мориса Юинга подтвердила существование подъема в центральной части Атлантического океана и обнаружила, что дно морского дна под осадками химически и физически отличается от континентальной коры. [54] [55] По мере того, как океанографы продолжали батиметрировать океанические бассейны, была обнаружена система срединно-океанических хребтов. Важным выводом было то, что вдоль этой системы создавалось новое океаническое дно, что привело к концепции « Великого глобального разлома ». [56]
Тем временем ученые начали распознавать странные магнитные вариации на дне океана, используя устройства, разработанные во время Второй мировой войны для обнаружения подводных лодок. [57] В течение следующего десятилетия становилось все более ясно, что картины намагниченности не были аномалиями, как первоначально предполагалось. В серии статей, опубликованных между 1959 и 1963 годами, Хеезен, Диц, Гесс, Мейсон, Вайн, Мэтьюз и Морли совместно поняли, что намагниченность дна океана образовывала обширные, похожие на зебру узоры: одна полоса имела нормальную полярность, а соседние полосы имели обратную полярность. [58] [59] [60] Лучшим объяснением была «конвейерная лента» или гипотеза Вайна–Мэтьюза–Морли . Новая магма из глубины Земли легко поднимается через эти слабые зоны и в конечном итоге извергается вдоль гребня хребтов, создавая новую океаническую кору. Новая кора намагничивается магнитным полем Земли, которое время от времени претерпевает инверсии . Образование новой коры затем раздвигает намагниченную кору, подобно конвейерной ленте – отсюда и название. [61]
Не имея приемлемых альтернатив для объяснения полос, геофизики были вынуждены прийти к выводу, что Холмс был прав: океанические разломы были местами постоянной орогенеза на границах конвективных ячеек. [62] [63] К 1967 году, всего через два десятилетия после открытия срединно-океанических разломов и через десятилетие после открытия полос, тектоника плит стала аксиомой для современной геофизики.
Кроме того, Мари Тарп в сотрудничестве с Брюсом Хизеном , который изначально скептически относился к наблюдениям Тарп о том, что ее карты подтверждают теорию дрейфа континентов, предоставила существенное подтверждение, используя свои навыки в картографии и сейсмографических данных, чтобы подтвердить теорию. [64] [65] [66] [67] [68]
Геофизику Джеку Оливеру приписывают предоставление сейсмологических доказательств, подтверждающих тектонику плит, которая охватывала и вытесняла континентальный дрейф, в статье «Сейсмология и новая глобальная тектоника», опубликованной в 1968 году, с использованием данных, собранных с сейсмологических станций, включая те, которые он установил в южной части Тихого океана. [69] [70] Современная теория тектоники плит , уточняющая Вегенера, объясняет, что существует два вида коры разного состава: континентальная кора и океаническая кора , обе плавающие над гораздо более глубокой « пластичной » мантией. Континентальная кора по своей природе легче. Океаническая кора создается в центрах спрединга , и это, наряду с субдукцией , хаотично движет системой плит, что приводит к непрерывной орогенезу и областям изостатического дисбаланса.
Доказательства движения континентов на тектонических плитах в настоящее время обширны. Похожие окаменелости растений и животных найдены вдоль берегов разных континентов, что позволяет предположить, что они когда-то были соединены. Ископаемые останки Mesosaurus , пресноводной рептилии, похожей на небольшого крокодила, найденные как в Бразилии , так и в Южной Африке , являются одним из примеров; другим является обнаружение окаменелостей наземной рептилии Lystrosaurus в породах того же возраста в местах в Африке , Индии и Антарктиде . [71] Существуют также живые доказательства, когда одни и те же животные были найдены на двух континентах. Некоторые семейства дождевых червей (такие как Ocnerodrilidae, Acanthodrilidae, Octochaetidae) обнаружены в Южной Америке и Африке.
Комплементарное расположение обращенных друг к другу сторон Южной Америки и Африки является очевидным и временным совпадением. Через миллионы лет тяга плиты , толчок хребта и другие силы тектонофизики еще больше разделят и повернут эти два континента. Именно эта временная особенность вдохновила Вегенера на изучение того, что он определил как континентальный дрейф, хотя он не дожил до того, чтобы увидеть, как его гипотеза была общепринятой.
Широкое распространение пермо-карбоновых ледниковых отложений в Южной Америке, Африке, Мадагаскаре, Аравии, Индии, Антарктиде и Австралии было одним из основных доказательств теории континентального дрейфа. Непрерывность ледников, выведенная из ориентированных ледниковых полос и отложений, называемых тиллитами , предполагала существование суперконтинента Гондвана , который стал центральным элементом концепции континентального дрейфа. Полосы указывали на ледниковый поток от экватора к полюсам, основываясь на нынешних положениях и ориентациях континентов, и поддерживали идею о том, что южные континенты ранее находились в совершенно разных местах, которые были смежными друг с другом. [18]
Вегенера дать адекватное объяснение силам, ответственным за дрейф континентов, и преобладающее мнение о том, что Земля тверда и неподвижна, привели к научному отклонению его теорий.