«Вечно идёт обмен атомами между воздухом и землей, – писал академик А.Е. Ферсман. – Подвижные атомы кислорода внедряются из воздуха в организмы; молекулы угольной кислоты (углекислого газа) разлагаются растениями, создавая постоянный круговорот углерода, а в глубине Земли, стремясь вырваться к поверхности, кипят огненные расплавы тяжёлых пород…

Всё живёт вокруг нас. И чем больше наша наука овладевает природой, тем шире раскрывается перед ней действительная картина всех движений окружающего нас мирового вещества».

Подобные движения в Биосфере невероятно сложны. Когда мы говорим, например, о круговороте воды на Земле, то имеем в виду простейшую схему. Ведь он дробится на бесчисленные большие и малые круговороты, охватывает мельчайшие ручейки и родники, лужи, капельки тумана, пар, который выдыхаем мы, жидкость, движущуюся от корней дерева к листьям и там испаряющуюся, росинку на цветке…

При этом происходят химические превращения воды, а потому её круговороты являются частью химических круговоротов тех атомов, которые в ней растворяются, из неё осаждаются, переходя в минералы, живые организмы.

А что мы знаем о круговоротах литосферы? Этот вопрос переносит нашу мысль за горизонт современных общепринятых теорий о жизни Земли. Пока ещё можно говорить о гипотезе круговоротов литосферы. Это должно быть учением, синтезом геологических, геофизических и геохимических наук. Явление чрезвычайно сложное, охватывающее глобальные масштабы и миллиарды лет геологической истории.

Обмен веществ в Биосфере происходит примерно так же, как в нашем теле: большими и малыми круговоротами атомов и молекул. Взаимодействуют газы атмосферы, природные воды гидросферы, минералы и горные породы земной коры с живыми организмами.

Учёные внимательно изучают ход круговоротов отдельных веществ, рисуют соответствующие схемы. Но то, что происходит в недрах литосферы, во многом остаётся неясным. В самом общем виде это изложил российский геолог поляк Иосиф Дементьевич Лукашевич (1863–1928). Он учился в Петербургском университете. За участие в подготовке покушения на Александра III был арестован (1887) и приговорён к смертной казни, заменённой бессрочным заключением. Освобождённый в 1905 году, занялся научными исследованиями. Работал в Геологическом комитете (1911–1919).

В Шлиссельбургской крепости он написал огромный труд «Неорганическая жизнь Земли», который доработал и как трёхтомник издал в 1908–1911 годах. В нём осуществлен комплексный подход к познанию планеты, обобщён огромный фактический материал десятков наук. Выделена глава «Геологическая деятельность человека». По мнению Лукашевича: «Жизнь как проявление особого вида энергии так же вечна, как движение, теплота, свет и электричество»; «живое всегда происходит от живого».

Он предложил теорию зонального метаморфизма. Указал на роль вертикальных движений при горообразовании. Предполагал горизонтальное перемещение материков. И.Д. Лукашевич обосновал круговорот веществ в земной коре:…выветривание горных пород – накопление осадочных толщ – опускание под их собственной тяжестью в геосинклиналях – глубинный метаморфизм и образование магм – подъём на поверхность изверженных пород – выветривание…

С позиций геохимии этот цикл получил развитие для различных химических элементов, соединений. Но он остался вне тектоники, движения минеральных масс, их перемещения в недрах планеты. Отчасти динамику литосферы объясняет принцип изостазии. Суть его в том, что крупные блоки земной коры «плавают» на менее вязкой астеносфере примерно так, как айсберги в океане. Под нагрузкой блок погружается, а при снятии нагрузки всплывает.

По теории немецкого геофизика А. Вегенера, материки, подобно каменным ковчегам, перемещаются горизонтально. Тогда же, в начале ХХ века, подобную идею развивал И.Д. Лукашевич. Но может ли вертикальное перемещение блоков земной коры переходить в горизонтальное? Да, может, по простому принципу механики: если возникнет круговорот вещества. У вращательного вращения появляется поступательный вектор.

В самом общем виде схема круговорота минеральных масс проста: осадочные породы погружаются в недра литосферы, преображаются, образуют главным образом гранитоиды, которые, выходя на земную поверхность, выветриваются, разрушаются, превращаются в осадочные породы и… цикл повторяется.

Но как это может происходить в реальности?

В середине ХХ века теорию круговоротов литосферы почти одновременно постарались обосновать в своих работах советские учёные – геофизик В.Ф. Бончковский и геоморфолог Д.Г. Панов. Они наметили обобщённые схемы, высказали идею на уровне гипотезы. Дальнейших разработок не последовало. Возможно, остановила необходимость переходить к количественным показателям, учитывать геохимические процессы в недрах.

Тогда же начались острые дискуссии фиксистов и мобилистов. Первые предполагают более или менее стабильное положение континентов при подъёме и погружении их отдельных частей. Вторые – мобилисты – доказывают абсолютное преобладание перемещения или материков, или крупных плит земной коры, в результате столкновения которых образуются горные гряды, а в процессе «расползания» разверзаются впадины океанов.

В пылу споров сторонники этих взглядов не учли гипотезу круговоротов литосферы. Только на её основе можно объяснить некоторые геологические парадоксы.

• Как подсчитали геоморфологи, за 10 тысячелетий вся поверхность суши из-за эрозии понижается в среднем на 1 м, а береговая линия отступает на 10 м. Значит, за 8 млн лет материки будут срезаны полностью и окажутся под водой!

• Согласно расчётам академика А.Б. Ронова с соавторами, за 250 млн лет с континентов было снесено 194 млн км³ осадков. Это более чем вдвое превышает объём надводной части суши. Значит, уже давным-давно на Земле должен был быть сплошной океан! Почему-то этого не произошло.

• Общий годовой снос вещества с континентов порядка 20 млрд т, а зона аккумуляции составляет 1 млн км². В среднем накапливается 2 кг на 1 м² в год или слой в 1 мм. За 1 млн лет образуется толща в 1 км, за 600 млн – 600 км. Где она?

Теория плит литосферы не отвечает на эти вопросы, а только запутывает их. Предполагают, что одна плита «подныривает» под другую. Но от этого они не станут более устойчивыми к внешним воздействиям. Просто эрозия будет длиться дольше, вот и всё. К тому же они должны со временем выравниваться по составу. Однако глыбы материков, плавающих на вязкой астеносфере, резко отличаются от плит океанов.

Кстати, не может более лёгкая по весу плита из осадочный пород и гранитов погрузиться в более тяжёлую массу базальта и мантии. Есть на это закон Архимеда.

…Круговороты литосферы возникают при резкой разнице высот соседних крупных массивов (блоков) земной коры. Это особенно ясно выражено на так называемых активных контактах двух главных типов литосферы – материков и океанов.

Глубочайшие впадины океана соседствуют с горными массивами суши или островов. Это характерно для окраин Тихого океана и для островных дуг (Алеутских, Курильских, Японских, Филиппинских, Кампо и Марианских островов). Здесь действуют мощные круговороты литосферы. Менее значительные – в современных растущих горах.

Отдельные геоблоки перемещаются горизонтально на десятки или даже сотни километров. Наиболее быстро движутся в сторону открытого океана островные дуги, медленнее – континенты.

Суть круговорота литосферы проста. Блоки земной коры, с которых снимается нагрузка, всплывают по закону изостазии. Поэтому до сих пор поднимаются территории Северной Америки и Скандинавии, на которых десятки тысяч лет назад находились великие покровные ледники.

Геоблок на окраине материка наиболее интенсивно разрушается, а продукты эрозии переносятся на шельф и океанический склон. В результате геоблок, заметно теряющий за тысячелетия свой вес, будет всплывать (как тающий айсберг), а соседний, где накапливаются осадки, будет опускаться под дополнительной тяжестью.

Возникает подобие транспортёра, переносящего гигантские массы вещества под континент. Вот почему он, несмотря на эрозию, не снижается.

В динамике Биосферы важны химические процессы. Уже одно только дробление увеличивает химическую активность обнажающихся на земной поверхности каменных толщ. На мелкие обломки воздействуют воздух, вода, живые организмы, солнечные лучи. Образуются минералы с повышенной внутренней энергией – геохимические аккумуляторы.

Опускаясь в земные недра, они под действием возрастающего давления и высоких температур разряжают накопленную солнечную энергию. В этом процессе участвуют вода и газы, содержащиеся в горных породах.

Обретая пластичность под давлением, разогретые массы осадочных пород сравнительно легко перемещаются. Попав под всплывающий геоблок, где давление понижено, они выделяют газ, расширяются в объёме, стремятся вырваться на поверхность по трещинам (как пенистый поток из открытой бутылки шампанского).

Вулканический пояс, расположенный на материках по контуру Тихого океана, – это зона поднятия, а глубоководные желоба обрамляют зону погружения круговоротов литосферы. Очаги землетрясений уходят под островные дуги или континенты, подчеркивая направление потоков пластичных каменных масс.

В глубоководных желобах осадки залегают спокойно. Здесь преобладают силы растяжения. Если бы океаническая плита сталкивалась с континентом, была бы область сжатия, где слои смяты в складки и раздроблены.

Только круговороты литосферы могут объяснить процессы, происходящие на активных материковых окраинах.

В горах при больших перепадах высот тоже могут действовать такие круговороты. Этим можно объяснить сложные структуры, возникающие в горных странах, когда многие осадочные породы «стоят торчком», вертикально вверх, или находятся в опрокинутом залегании.

Дальнейшая разработка теории круговоротов литосферы обещает стать перспективным направлением в геотектонике XXI века.

…Странная сложилась ситуация. Давно была высказана гипотеза круговоротов литосферы. Против неё не было никаких возражений. Моя небольшая книга «Подвижная земная твердь», где изложена и обоснована концепция круговоротов литосферы, вышла в издательстве «Мысль» в 1976 году тиражом 87 000. Другая книга – «Каменная летопись Земли» («Знание», 1983), – где также сказано о круговоротах литосферы, имела тираж 100 000; была статья в журнале АН «Наука в России»…

Казалось бы, наши геологи могли обсудить перспективную идею. А она остаётся вне внимания и понимания специалистов. Отечественные учёные предпочли импортную глобальную тектонику плит.

Так сложилось исторически: географы изучают один аспект круговоротов, геохимики другой, геоморфологи третий. Геологи с некоторых пор забыли о них, интересуясь только динамикой литосферы с участием загадочной сверхплотной мантии Земли. Словно литосфера существует сама по себе, а не является частью организма биосферы с его обменом веществ.

Концепцию круговоротов литосферы обосновали российские учёные. Но она так и осталась одним из наименее изученных феноменов нашей планеты. Хотя она даёт возможность с новых позиций продумать поиски и разведку полезных ископаемых, разработать систему прогноза землетрясений и цунами. Все попытки использовать для этого тектонику плит оказались бесплодными.