1. ЛЕГЕНДЫ ОБ ОБРАЗОВАНИИ ГОР
Вопрос, как образовались горы, занимал людей уже в древние времена, но ответить на него они не могли, так как слишком мало знали состав и строение земной коры. Поэтому они думали, что громады, подпирающие облака, создали боги или духи. Люди верили, что боги строили горы для того, чтобы поддерживать небесный свод. Мы уже говорили о горе Олимп, на которой, по преданиям, жили боги древней Греции. Люди думали также, что горы не прикреплены к одному месту и что боги могут брать их и бросать друг в друга во время своих битв.
У жителей Камчатки существует следующее предание о горе Шивелуч. Эта гора — вулкан; он стоит совершенно обособленно от других вулканов Камчатки. Местные жители-камчадалы верят, что когда-то этот вулкан находился среди других вулканов на месте нынешнего Кроноцкого озера. Но сурки, водившиеся в изобилии в этой местности, так беспокоили вулкан рытьём своих нор на его склонах, что он, наконец, решил от них уйти. Вулкан оторвался от земли, оставив после себя большую впадину, в которой позже накопилась вода и образовалось озеро. Вулкан полетел на север, но при полёте он зацепился за вершину соседней горы и обломал её, а спускаясь на землю, выдавил впадины ещё для двух озёр, прежде чем облюбовал себе место в 220 километрах от старого. На этом новом месте вулкан и укрепился навсегда.
Подобные легенды об образовании гор имеются у многих народов. Они, конечно, не имеют ничего общего с действительным образованием гор.
2. ГОРЫ — МОРЩИНЫ ОСТЫВАЮЩЕЙ ЗЕМЛИ
Многие сравнивают горы на Земле с морщинками, которые образуются на кожуре усыхающего яблока или картофеля. Иногда говорят, что горы на Земле возникли совершенно так же, как эти морщинки.
Это не совсем, верно. Земля не усыхает, а уменьшается в своём объёме, потому что она всё время охлаждается, остывает. Это остывание началось ещё тогда, когда вещество, составляющее Землю, начало сгущаться в клубок раскалённых газов, а затем — в огненно-жидкий шар; оно продолжалось, хотя и более медленно, после образования твёрдой земной коры и происходит также в настоящее время. Вулканы, выбрасывающие раскалённые газы и огненно-жидкую лаву, а также образующие многочисленные горячие источники, постоянно выносят много тепла из земных недр на поверхность, и это тепло теряется для Земли безвозвратно; тепло же, которое дают Земле солнечные лучи, проникает в глубь земной коры только на несколько метров. Таким образом, Земля теряет больше тепла, чем получает, и поэтому медленно остывает.
Извержения вулканов, горячие источники, а также наблюдения в буровых скважинах и глубоких шахтах показывают, что с углублением в земную кору температура горных пород заметно повышается. Это доказывает, что в недрах Земли сохранилось ещё много жара, и это тепло продолжает расходоваться. Но, как известно, всякое тело при остывании уменьшается в своём объёме; уменьшается и земное ядро (внутренняя часть земного шара). Поэтому земная кора, приспособляясь к уменьшающемуся ядру, должна морщиться, её слои образуют складки-морщины, которые и представляют горные цепи. Если вспомнить, что поперечник земного шара равен, приблизительно, 13 тысячам километров, а самые высокие горы достигают только 7–8 километров, то они по сравнению с Землёй являются ничтожными морщинами гораздо меньшими, чем морщины кожуры усохшего яблока.
Это объяснение образования гор ещё очень распространено среди учёных; оно, в общем, правильно, но недостаточно. Образование гор происходит сложнее, чем только что было рассказано. Оно нам станет понятно, если мы познакомимся ближе со строением этих «морщин» или, как называют их учёные, складок земной коры.
3. ЧТО РАССКАЗЫВАЮТ ГОРНЫЕ СКЛАДКИ?
Складки можно очень хорошо видеть и изучать на склонах гор и холмов, в ущельях, в крутых обрывах берегов рек, озёр и морей — вообще почти везде, где выступают слои осадочных горных пород. Именно такие породы, состоящие из отдельных правильных пластов, лежащих друг на друге подобно листам книги, хорошо показывают складчатое образование гор. Пласты первоначально образовывались в воде на дне какого-нибудь водоёма и при своём образовании лежали плашмя — горизонтально или с очень пологим наклоном в ту или другую сторону. Но в горах мы видим, что эти пласты наклонены круто или стоят даже отвесно — «поставлены на голову». Значит, какая-то могучая сила подняла их, сдвинула с места.
Рис. 8. Горные складки.
Проследим за одним и тем же пластом горной породы в складке (рис. 8). Мы увидим, что он поднимается вверх, постепенно перегибается, образуя свод, потом опускается вниз, затем поднимается снова вверх. И все остальные пласты, лежащие под ним и над ним, повторяют то же самое движение. Иногда такая складка бывает совершенно обособленной, одинокой, но обыкновенно за одной складкой следуют другие. Формы складок бывают разные — то плоские (рис. 9, а ), то крутые (рис. 9, б ), то с плавными перегибами, то с переломами под углом (рис. 9, в ). Бывают складки, у которых перегиб обращен не вверх и не вниз, а вбок; такие складки называются лежачими (рис. 9, г ). Иногда получается очень сложная складчатость, которую также нередко можно видеть в горах (рис. 9, д ); она показывает, что в этом месте земная кора сжималась, морщилась очень сильно, и складки изгибались, образуя горы.
Рис. 9. Различные формы складок: а — плоская; б — крутая; в — с резким переломом; г — лежачая; д — сложная.
Читатель, никогда не бывавший в горах и не видевший этих складок своими глазами, скажет с недоверием: не может этого быть! Пласты таких твёрдых пород, как песчаники, известняки, сланцы, — не бумага, не сукно, не кожа, которые можно гнуть, как угодно. Так раньше думали и учёные и поэтому считали, что складки образовывались в то время, когда горные породы были ещё мягкие и представляли собой песок, глину, ил. Но изучение гор показало, что горные породы действительно изгибались в твёрдом состоянии. Это видно из того, что пласты сильно потерпели при изгибах — они разорваны мелкими трещинами, местами даже раздроблены, а части разорванных пластов нередко отодвинуты друг от друга (рис. 10). Такие разорванные складки можно видеть в горах; сдвиги иногда достигают огромной величины.
Рис. 10. Образование сдвига вследствие разрыва складки. Чёрная прямая линия показывает, по какому направлению происходил сдвиг.
Изгибы твёрдых горных пород объясняются следующим образом. Пласты, поднятые теперь высоко в горах, прежде лежали на большой глубине и находились под давлением всех слоёв, лежащих выше. А под сильным давлением даже твёрдые тела могут менять свою форму. Так, например, свинец под сильным давлением может проходить через узкое отверстие струёй, словно вода, а толстые листы железа, стали, меди изгибаются, словно лист бумаги. Стекло и лёд — очень хрупкие тела, но и их можно изогнуть без всякого разрыва, если давить на них очень медленно и постепенно.
В глубине земной коры горные породы могли очень сильно изгибаться, разрываясь лишь незначительно; конечно, эти изгибы происходили очень медленно. Но когда сила давления была уже слишком большой, то складка разрывалась в том или другом месте и части её надвигались друг на друга, как это мы видели на рисунке 10.
4. СБРОСЫ ЗЕМНОЙ КОРЫ
Разрывы пластов горных пород происходили не только от давления верхних слоёв на нижние. Кроме этих сил давления, сминавших слоистые горные породы в складки, действовали другие силы, поднимавшие расплавленные массы из земных глубин снизу вверх, к поверхности Земли. Они разрывали земную кору большими трещинами, по которым одна сторона поднималась вверх или другая опускалась вниз, Такие разрывы и перемещения земной коры называются сбросами (рис. 11); их можно видеть нередко и в горах, и в рудниках как рядом со складками, так и в таких местностях, где складок нет. Сбросы хорошо знакомы и рудокопу, и углекопу по горькому опыту. Встречая трещину, по которой произошло смещение, он видит, что пласт угля или жила с рудой за трещиной внезапно исчезают, как обрезанные, и забой упирается в пустую породу. Исчезнувшее продолжение пласта или жилы приходится искать вверху, внизу или сбоку.
Рис. 11. Сброс. Пласты, составляющие до разрыва одно целое, заштрихованы одинаково.
При сбросах перемещаются иногда целые участки, огромные глыбы земной коры; они также образуют горы, но эти горы иного вида, чем те, которые получаются при образовании складок.
Разрывы земной коры глубокими трещинами создавали для расплавленных масс, находящихся на глубине, удобные пути для подъёма вверх; по трещинам разрывов им была приготовлена более лёгкая дорога. Расплавленные массы пользовались этой дорогой и проникали на поверхность Земли, создавая вулканы, или останавливались на некоторой глубине, где застывали, образуя массивы глубинных пород. Вот почему вдоль больших трещин, рассекающих земную кору, мы особенно часто видим потухшие и действующие вулканы. Такие местности, где земная кора сильно прорезана трещинами и где много вулканов, мы видим вдоль берегов Тихого океана, — там тянутся длинной цепью огнедышащие горы.
5. КАКИЕ СИЛЫ ОБРАЗОВАЛИ ГОРЫ?
Теперь мы знаем, как образовались горы, как они поднялись наверх. Остаётся ответить на вопрос — какими силами созданы эти неровности на поверхности материков?
Научных предположений (или, как их называют учёные, гипотез) о причинах образования гор имеется несколько. Рассматривать все эти гипотезы мы здесь не будем — это потребовало бы много времени. Мы ограничимся изложением одной гипотезы, предложенной советским учёным Усовым и американским геологом Вечером. Эту гипотезу называют «пульсационной» от слова «пульсировать», т. е. действовать толчками. Она состоит в следующем.
Хорошо известно, что все тела при нагревании расширяются, а при охлаждении сжимаются. Это относится и к частицам веществ, из которых состоит Земля.
Так как земной шар всё время остывает, то его частицы сжимаются, притягиваются друг к другу. Это сжатие вызывает более быстрое движение частиц; учёные установили, что такое усиление движения ведёт к повышению температуры, к нагреванию тел. А это нагревание вызывает расширение тел и отталкивание частиц друг от друга. Таким образом, в недрах Земли с начала её образования и по настоящее время идёт борьба сил притяжения и отталкивания частиц. В результате этой борьбы твёрдая земная кора колеблется, на её поверхности создаются все те неровности, о которых мы говорили. По теории Усова-Бечера, сжатие и расширение происходят не одновременно, а поочерёдно, в виде толчков — земные недра «пульсируют». Вслед за резким сжатием обычно наступает и более или менее резкое расширение. Складчатость горных пород вызвана сжатием их в геосинклиналях, а поднятие складчатых толщ из геосинклиналей и превращение их в горные цепи происходит при расширении, сменившем сжатие.
В земной коре периоды (времена) сжатия выражаются различным образом в разных её частях: в геосинклиналях, где накопились мощные толщи осадочных пород, сжатие создаёт сильную и сложную складчатость; в устойчивых же местах происходит выдвижение отдельных глыб по трещинам разрывов. Периоды растяжения земной коры при расширении ядра Земли также вызывают различные последствия: устойчивые места рассекаются новыми трещинами разрывов, старые трещины расширяются, и по тем и другим на поверхность изливаются вулканические горные породы; отдельные глыбы и площади поднимаются. В геосинклиналях толщи осадочных пород, сильно сжатые в период сжатия, выпячиваются вверх и образуют горные цепи, а по трещинам в эти толщи из глубин проникают расплавленные массы и образуют массивы и жилы глубинных пород, частью также достигая поверхности и создавая вулканы.
Изучение строения гор в разных странах показало, что периоды сильного сжатия и образования складок происходят на Земле повсюду почти одновременно и состоят из нескольких отдельных толчков, отделённых друг от друга временами сравнительного покоя. От одного до другого толчка протекает очень много времени.
Последние сильные движения на Земле происходили, как установили учёные, более миллиона лет тому назад.
В настоящее время Земля переживает более спокойный период, но точные наблюдения показали, что слабые движения земной коры ещё продолжаются. Измеряя уровень океанов, учёные установили, что в одних местах происходит поднятие берегов, в других — опускание их.
На склонах речных долин образуются так называемые террасы, т. е. ступени, которые образованы благодаря поднятию местности, вызвавшему увеличение уклона русла рек и поэтому усиление размывающей силы воды и новое врезание русла в старые отложения той же реки или в коренное дно долины. Наконец, сильные землетрясения, происходящие в разных странах время от времени, несомненно имеют причиной внезапное смещение толщ в глубине коры, а временами повторяющиеся извержения одного и того же вулкана доказывают, что слабые движения земной коры происходят и теперь.
На месте внутренних и прибрежных геосинклиналей возникают горы, которые присоединяются к материкам и увеличивают их размеры; это повторяется при каждом периоде расширения, так что в течение таких минувших периодов материки постепенно нарастали.
С другой стороны, большие площади земной коры могут опуститься ниже уровня океана и затопиться морем; возле горной цепи, поднявшейся из геосинклинали, образуется новая впадина, которая также может быть затоплена водой. Происходят наступления моря на сушу и его отступления при поднятии земной коры и превращении геосинклиналей в горные сооружения. Так идёт постоянная борьба между сушей и водой.
Исследования показали, что в общем площадь материков значительно увеличилась против первоначальной.