Считается, что в Срединно-Атлантическом хребте, Восточно-Тихоокеанском поднятии и других активных в настоящее время срединно-океанических хребтах по-прежнему продолжается выход мантийного вещества. Следовательно, можно предположить, что породы этих океанических структур возникли совсем недавно и их возраст очень молод. Поднимаюееся из мантии вещество, распространяясь в обе стороны от срединно-океанического хребта, образует океаническое дно. Это является центральным положением так называемой теории расширения (раскрытия) океанического дна.
Перемещающийся в разные стороны от срединно-океанического хребта блок литосферы (то есть внешней сферы «твердой» Земли, включая земную кору и часть верхней мантии.) движется, подобно массивной плите. Слово «плита» и стало официально узаконенным термином для обозначения движущегося слоя литосферы. Это отразилось и в названии пользующейся сегодня огромной популярностью теории тектоники плит, которая объясняет геологические движения глобального характера как движения литосферных плит. «Новая глобальная тектоника» сейчас, начиная со второй половины 60-х годов, интенсивно развивается молодым французским ученым Ксавье ле Пишоном и рядом других исследователей.
Особенно много геофизических и геологических исследований, оказавших сильную поддержку теории, тектоники плит, согласно которой океаническое дно образуется за счет мантийного вещества, выходящего в срединно-океанических хребтах, было проведено в районе Срединно-Атлантического хребта. Среди них выделяется осуществлявшийся с 1971 по 1974 год в основном американскими и французскими учеными проект ФАМОУС (аббревиатура полного названия, которое в переводе с английского означает «Франко-американский проект подводимых исследований срединно-океанических хребтов»). При этом использовались французские глубоководные исследовательские аппараты типа «Архимед» и аналогичные им по назначению американские корабли «Алвин».
В рамках этого проекта ученые, наряду с различными физическими исследованиями, смогли провести и непосредственное изучение срединно-океанических хребтов. Полученные результаты позволили установить действительный вид геологических движений коры при выходе мантийного вещества, открыть связанные с этим явлением геологические структуры и дать им истолкование. Наконец, они послужили конкретным подтверждением структуры срединно-океанических хребтов, предсказанной теорией расширения океанического дна.
Например, разделение и последующий дрейф материков Южной Америки и Африки объясняются расширением («раскрытием») находящегося между ними Атлантического океана. Формирование такой величественной горной системы, как Гималаи, объясняется столкновением с Евразией Индостанского субконтинента, двигавшегося на север, после того как он отделился от Антарктиды и Мадагаскара, составлявших ранее с ним единый блок. В зоне столкновения произошло смятие горных пород в складки, как раз и приведшее к образованию Гималаев.
Таким образом, говоря об истории Земли, нельзя не упомянуть об океаническом дне. В его строении выделяют три главных типа структур. Это, во-первых, срединно-океанические хребты, в пределах которых вещество мантии выходит на поверхность Земли. Устремляясь в разные стороны от срединно-океанического хребта, породы, появившиеся из мантии, образуют вторую структуру — собственно океаническое дно. И наконец, в глубоководных желобах (впадинах) океаническое дно вновь погружается в мантию.
В качестве наиболее типичных примеров срединно-океанических хребтов можно указать на Срединно-Атлантический хребет, проходящий с севера на юг почти по центру Атлантического океана, и на тянущееся почти параллельно Тихоокеанскому побережью Южной Америки Восточно-Тихоокеанское поднятие. Последнее представляет собой величественный подводный горный хребет с круто уходящими ввысь склонами, высота которых над океаническим дном достигает нескольких километров, а длина превышает 10 000 километров. На суше подобных по масштабу горных сооружений нет.
Начало образования земной коры можно отнести ко времени не позднее 3,8 миллиарда лет назад. Как уже говорилось, образование коры не было кратковременным процессом, а происходило непрерывно на протяжении почти всей истории Земли. Земная кора континентов, по-видимому, формировалась в ходе последовательно повторявшихся орогенических движений. При этом в центре образующегося континента располагался более древний массив, являвшийся «ядром» континента, а вокруг него в ходе орогенических движений постепенно нарастала новая кора.
Не правда ли, растущий таким образом континент довольно здорово смахивает на разрезанную луковицу? Однако по мере накопления данных по определению возраста пород эта «луковичная» теория оказалась несостоятельной, стало все более очевидным, что действительная структура коры гораздо сложнее.
Образующаяся в ходе повторяющихся орогенических движений земная кора имеет складчатое строение, аналогом которого является, например, привычное нашему взгляду чередование горных хребтов и ущелий. В рамках разработанной в последнее время новой теории, так называемой тектоники плит, не только дается единое, «унифицированное» объяснение движений земной коры, но и связывается воедино геологическое развитие отдельных континентов, удаленных друг от друга на огромные расстояния и, на первый взгляд, не очень связанных между собой. Единообразного объяснения орогенических движений удалось достигнуть, положив в их основу движения океанического дна.
В конгломератах Ками-Асо содержатся особого рода кремнистые песчаники, называемые ортокварцитами. Такие песчаники часто встречаются в докембрийских отложениях на севере Кореи и Китая. Возникает мысль, не указывают ли ортокварциты на то, что конгломераты Ками-Асо непосредственно соответствуют докембрийским породам Северной Азии? И не входят ли в состав Японских островов фрагменты Азиатского материка, «отколовшиеся» от него при «раскрытии» Японского моря?
Это предположение поддерживают результаты изучения обломков гранодиоритов, подобранные драгой с поверхности поднятия Ямато, расположенного между Японскими островами и Приморским краем, в самом центре Японского моря. Возраст и изотопные отношения стронция у этих образцов пород оказались чрезвычайно близкими к соответствующим характеристикам для пород района Хиды.
Об изотопном составе стронция довольно подробно рассказывалось в главе IV. Если резюмировать все сказанное там, можно вывести, что отношение содержания стронция-87 и стронция-86 представляет собой нечто вроде родословной. Пусть даже порода в результате процессов метаморфизма совершенно изменит свой облик, зачеркнуть свою «родословную» ей не удастся. Величина изотопного отношения стронция у пород, поднявшихся непосредственно из мантин, обычно составляет 0,705 или меньше. С другой стороны, если порода образуется при перекристаллизации древних пород, эта величина будет равняться 0,710 и выше.
Если рассмотреть полученные на сегодня результаты изучения пород Японских островов, главным образом вулканических и метаморфических, то в них не обнаружатся высокие значения изотопного отношения стронция, характерные для пород, образовавшихся при перекристаллизации древней коры. Это является основным аргументом против предположения о существовании древнего фундамента докембрийского возраста под Японскими островами.
В настоящее время самый древний возраст из известных пород Японских островов имеют обнажающиеся в районе Хиды в префектуре Гифу конгломераты Ками-Асо, точнее, гранитогнейсы, входящие в состав конгломератов Ками-Асо. Они были собраны в 1970 году экспедицией Мамору Адачи из Нагойского университета. После этого Кэн Сибата, используя рубидий-стронциевый метод, определил их возраст в 2 миллиарда лет.
Однако было бы опрометчиво делать из этой цифры вывод о том, что непосредственно под Японскими островами простирается массивный докембрийский фундамент (то есть древнейшее основание из кристаллических пород, на котором залегают более молодые породы.). Хотя после открытия конгломератов Ками-Асо геохронологические исследования вулканических и метаморфических пород Японских островов значительно продвинулись вперед, других пород с возрастом, превышающим 1 миллиард лет, обнаружить не удалось.
Можно, правда, было бы предположить, что в древности такой фундамент на Японских островах существовал, но затем вследствие многократно повторявшихся процессов метаморфизма совершенно разрушился, сохранившись в небольших масштабах лишь в районе Хиды. Однако в случае Японских островов дать такую интерпретацию принципиально невозможно: на этот счет достаточно определенное суждение дает изотопное отношение кристаллизации стронция, характерное для вулканических и метаморфических пород Японских островов.
В Северной Америке известны почти столь же древние породы, как и гренландские. Ими являются гнейсы Монтевидео, найденные в штате Миннесота, расположенном в самом центре Североамериканского континента. По данным рубидий-стронциевого метода их возраст составляет 3,8 миллиарда лет. Однако в этом районе, по-видимому, неоднократно повторялся довольно сложный процесс метаморфизма. В результате образцы, отобранные почти из одного и того же места, имеют совершенно различный возраст.
Нам довелось отобрать и исследовать образцы, найденные совсем рядом с тем пунктом, где была обнаружена порода возрастом 3,8 миллиарда лет. Используя аргон-аргоновый метод (который является наследником калий-аргонового метода и обладает очень высокой точностью), мы получили значения возраста, охватывающие интервал 1—3 миллиарда лет. При этом не обнаружилось влияния процесса метаморфизма. Кроме нас, геохронологические исследования гнейсов Монтевидео проводили еще в двух или трех лабораториях, но ни в одной из них не смогли подтвердить сообщение Гордичии о возрасте в 3,8 миллиарда лет.
Проводя геохронологическое изучение гнейсов Монтевидео, вновь и вновь испытываешь чувство удивления при мысли о том, что за 3,8 миллиарда лет им удалось избежать воздействия метаморфизма и тому подобных процессов. Ведь на расстоянии всего в 50 сантиметров возраст пород отличается уже на один миллиард лет!
Самыми древними из известных пород являются гальки, входящие в состав гнейсов, обнаруженных в Гренландии. Хотя точное значение возраста этих галек установить пока не удалось, несомненно, что они являются более древними, чем вмещающие их гнейсы (возраст которых 3,75 миллиарда лет).
Главным оружием при выяснении геологической истории Гренландии стал рубидий-стронциевый метод определения абсолютного возраста. Пользуясь этим методом, можно в случае метаморфических пород установить и возраст тех исходных пород, из которых образовались исследуемые породы. При этом сначала рубидий-стронциевый метод применяют для измерения времени образования отдельных минералов, входящих в состав пород (полученное значение называется возрастом минералов). Поскольку минералы в таких породах образуются в процессе метаморфизма, очевидно, что возраст минералов соответствует возрасту метаморфизма. Если же применить рубидий-стронциевый метод к породе в целом (на самом деле используют однородную смесь, полученную измельчением образца породы размером с голову человека до порошкообразного состояния), можно определить время образования исходной породы, которая послужила материалом для метаморфической (это значение называется «возраст породы»).
Использование образцов такого размера связано с особенностями процесса метаморфизма. Дело в том, что при метаморфизме состав породы в целом не изменяется. Причем образование кристаллической решетки новых атомов в породе, остающейся в твердом состоянии. Поскольку расплавления пород не происходит, перемещения атомов, как считают, составляют не более нескольких миллиметров.
Исчерпывающее геохронологическое исследование древнейших пород докембрия было проведено группой ученых Оксфордского университета под руководством С. Мурбата. Итоговые результаты исследований Мурбата. Самые древние из пород с отчетливо устанавливаемым возрастом — это гранодиориты, которые образовались 3,75 миллиарда лет назад. Возраст гра-нодиоритов с поразительной точностью определяется рубидий-стронциевым методом. Впоследствии, подвергшись 3,7 миллиарда лет назад действию метаморфизма, гранодиориты превратились в гнейсы — один из видов метаморфических пород.
В гранодиоритах, являющихся исходной породой для гнейсов Амитсок (по названию места, где они обнажились), содержатся гальки вулканических и осадочных пород. Эти гальки были захвачены из окружающих пород в момент внедрения гранодиоритовой магмы, и поэтому они должны иметь более древний возраст. Следовательно, именно эти гальки являются наиболее древними из открытых на сегодня пород. После образования же гнейсов Амитсок в этом районе еще не раз возобновлялась вулканическая деятельность и протекали процессы метаморфизма.