По холодным следам

Гляциотектоника

Тектоника — это наука, изучающая движения земной коры, смятие в складки и дробление слоев горных пород. А гляциотектоника изучает ледовую тектонику. Она связана не только с поведением ледников, но и с воздействием ледников на подстилающие горные породы и в целом на земную кору.

Ледник давит на свое ложе и деформирует его. Вдобавок ледник течет и движением своим тоже производит немалую работу…

Совсем недавно с помощью сейсмических наблюдений была обнаружена странная закономерность. В некоторых районах, где построены большие водохранилища гидроэлектростанций, начинаются усиленные подземные толчки, возникает угроза крупных землетрясений. Геологи стали искать причины этого явления. Выяснилось, что подземные толчки усиливались по мере накопления воды: чем «тяжелее» становилось водохранилище, тем чаще происходили землетрясения. Значит, все дело в дополнительных нагрузках на земную кору.

Масса воды в крупных водохранилищах достигает миллиарда тонн. Под таким грузом земная кора начинает чуточку прогибаться. В результате подобных движений образуются землетрясения.

Земная кора имеет глыбовую структуру. Она напоминает сплошное ледяное поле, сложенное смерзшимися льдинами разных размеров и толщины. И плавает на очень плотной, но в тоже время текучей мантии.

Водохранилище располагается на одной глыбе или на линии контакта нескольких. Оно своей тяжестью чуточку вдавливает эту глыбу в мантию. Приходят в движение и соседние глыбы.

Вертикальные движения обломков земной коры называются изостатическими, то есть движениями выравнивания. Ведь благодаря им глыбы земной коры стремятся к равновесию.

Какое же тогда действие должен оказывать на земную кору и на ее глыбы (блоки) гигантский ледяной покров?

Плотность мантии, на которой «плавает» земная кора, в три раза превышает плотность льда. Значит, каждые тридцать метров ледяного покрова будут, в соответствии с законом Архимеда, вытеснять десятиметровый слой вещества мантии (надо только помнить, что мантия вязкая, подобна смоле, и вытесняется медленно, столетиями).

Толщина Гренландского ледяного покрова около трех тысяч метров. Значит, под его тяжестью остров погрузился в море на один километр. Когда ледник растает, остров станет расти из моря, как гриб после дождя.

А теперь вспомним о морских террасах.

Всплыванием земной коры, освобожденной от ледяного пресса, объясняют некоторые геологи необычайно высокий уровень отдельных морских террас, расположенных на северных окраинах Америки и Евразии. Это явление хорошо изучено геологами в Скандинавии и Северной Америке. Наиболее быстро всплывают именно те участки, где предполагаются центры оледенений.

Карта послеледникового поднятия Северной Америки; горизонтали через 50 метров. На врезках: послеледниковое поднятие района Осло (в метрах) и южной Швеции (внизу) за 10 тысяч лет.

Об этом явлении геологи догадались еще в середине прошлого века. Сейчас, с помощью специальных приборов, его даже удается измерить. Обнаружено, что в центрах оледенений до сих пор сохраняется «излишняя» прогнутость земной коры (до пятнадцати метров). Значит, изостатические движения здесь должны еще долго продолжаться. До сих пор наибольшее поднятие земной коры отмечено на востоке Гудзонова залива — триста метров. Считается, что скорость «всплывания» достигает одного метра в сто лет. Это очень большая скорость: за миллион лет десять километров…

Американские ученые связывают изостатические движения не только с ледниковым покровом, но и с гигантскими послеледниковыми озерами. Масса воды в этих озерах была велика — не всякому морю столько отпущено. Заполнение водой и высыхание озер должны были вызывать движения земной коры.

Но если земная кора в одном месте вспучивается, то в другом она должна прогибаться, иначе между корой и мантией будет образовываться вакуум. При гигантских давлениях земных недр это невозможно.

На схеме современных движений поверхности земли в Северной Европе и Северной Америке видно, что зоны поднятий окружены зонами погружений. Эти погружения как бы восполняют поступление вещества в поднимающихся зонах и поэтому называются компенсационными. Подобные выгибания земной коры и смещения отдельных блоков сопровождаются землетрясениями, обновлением старых разломов, а в некоторых местах — вулканическими извержениями.

Под ледниками происходят и менее внушительные процессы: уплотнение одних горных пород, дробление других, смятие и выживание третьих, наименее устойчивых. И все это лишь за счет тяжести льда. Если бы вместо ледника была иная порода, ничего в принципе не изменилось бы. Важен добавочный вес, давящий на земную кору, а с чем он связан, не имеет значения. Другое дело гляциодислокации, связанные с течением ледников.

Под брюхом ползущего ледника сдираются слои подстилающих пород, перетираются и перемешиваются, образуя донную морену; на поверхности земли в этих местах остаются впадины, выбоины, ложбины и гряды. Под напором льда срезаются отдельные бугры, «втягиваются» в тело ледника и переносятся на многие километры. Известны случаи, когда такие крупные обломки и целые слои (их часто называют отторженцами) имели солидные размеры и сдвигались на сотни километров от мест своего первоначального залегания.

Карты скоростей современного поднятия района Великих озер Северной Америки (в метрах за 1000 лет) и Скандинавии (в метрах за 100 лет). В центре — широтный разрез Гренландского ледникового щита. Стрелками показано прогибание земной коры под тяжестью ледника и поднятие — при таянии (отступании) ледника.

Датский ученый Джонструп сто лет назад исследовал геологическое строение островов Мен и Риген в Балтийском море. Он описал здесь перемятые и сдвинутые слои горных пород, местами разорванные и нагроможденные один на другой. Он отметил, что сила, которая вызвала эти нарушения, была направлена с севера, со стороны Балтийского моря, и предположил, что сползавший с возвышенной Скандинавии ледник основательно «покорежил» оказавшиеся на его пути острова. Позже ученые предположили, что здесь происходили обычные вертикальные и горизонтальные перемещения блоков земной коры, не имеющие никакого отношения к ледникам. Но сравнительно недавно геологи вновь вернулись к идеям Джонструпа.

Победа ледниковой теории позволила по-своему осмыслить природу давно обжитых и изученных мест.

В Киевской области возле города Канева были известны значительные нарушения слоев горных пород. Геолог Дмитрий Соболев предположил, что это — гляциодислокации. Ему поначалу не хотели верить. В ту пору, пятьдесят лет назад, многие ученые еще не представляли себе необычайной мощи великих ледников.

Чуть позже Соболева опубликовали свои работы и другие исследователи, объяснявшие геологические особенности некоторых районов Европы и Русской равнины развитием гляциодислокаций. Так, возвышенности между Вышним Волочком и Торжком, образование которых прежде связывали с поднятиями блоков земной коры, теперь признаны нагромождением отторженцев. Известный геолог-четвертичник Москвитин исследовал древние породы, слагающие Вышневолоцко-Новоторжский вал. Оказалось, что это — отторженцы, сдвинутые с Валдайской возвышенности. Они проделали вместе с ледником путь в сто пятьдесят километров.

За последние полвека изучены отторженцы в современных ледниках Шпицбергена. Обычно отторженцы залегают в виде линз в грядах конечных морен. Возможно, иногда ледник тащит отторженец перед собой, подобно бульдозеру (по-видимому, такое явление наблюдали жители Альп более трехсот лет назад; помните, об этом мы писали в начале книги).

В современных ледниках наблюдать отторженцы трудно. Они надежно спрятаны в толще льда. Поэтому вернее можно судить об этих оригинальных геологических образованиях, изучая следы великих оледенений.

Гляциодислокации у г. Канева на Днепре. Вверху — слои дочетвертичных пород перед вторжением ледника. В центре — смятие пород под давлением льда. Внизу — современное геологическое строение района.

Если огромная линза древних отложений залегает в более молодой четвертичной толще, если выше или ниже ее встречена морена и если поблизости нет никаких гор, откуда могла бы сползти эта линза, то надо сделать вывод, что перед нами отторженец.

Трудно найти более убедительное подтверждение ледниковой теории. Гигантские отторженцы не могла бы оторвать от коренных пород и передвинуть по равнине в целости и сохранности на многие километры никакая иная геологическая сила, кроме ледников. Айсберги не переносят таких больших линз. Ведь некоторые из отторженцев столь обширны, что на них можно уместить небольшой городок.

По-видимому, в образовании крупных отторженцев принимал участие не только ледник, но и приледниковые изостатические колебания земной коры. Не случайно крупные отторженцы обычно приурочены к зонам разломов земной коры. На окраине ледника, под тяжестью ледяной толщи опускались блоки горных пород, а перед ледником — поднимались. С этих поднятых блоков, вероятно, и «состругивал» ледник линзы отторженцев.

Если бы антигляциолистам как-нибудь по-своему удалось объяснить происхождение отторженцев, в ледниковой теории появилась бы опасная брешь.