На Шетландских островах есть два вида гранита. Один из них, состоящий из роговой обманки, слюды, полевого шпата и кварца, имеет темный цвет и, как видно, залегает под гнейсом. Другой — красный гранит, который повсюду проникает в темную разновидность в виде жил.
Рис. 494.
Гранитные жилы, прорезающие гнейс, мыс Рэт. (МакКаллох.)
Рис. 495.
Гранитные жилы, прорезающие гнейс на мысе Рэт в Шотландии. (МакКаллох.)
Прилагаемые эскизы объяснят способ, которым гранитные жилы часто разветвляются и пересекают друг друга (рис. 494 и 495). Они представляют способ, которым гнейс на мысе Рэт в Сазерлендшире пересекается жилами. Их светлый цвет, сильно контрастирующий с цветом роговообманкового сланца, здесь связанного с гнейсом, делает их очень заметными.
Гранит очень часто принимает более мелкое зерно и претерпевает изменение в минеральном составе в жилах, которые он посылает в прилегающие породы. Так, согласно профессору Седжвику, основная масса корнуоллского гранита представляет собой агрегат слюды, кварца и полевого шпата; но жилы иногда бывают без слюды, представляя собой зернистый агрегат кварца и полевого шпата. В других разновидностях кварц преобладает почти до полного исключения как полевого шпата, так и слюды; в других слюда и кварц оба исчезают, и жила просто состоит из белого зернистого полевого шпата.
Рис. 496 — это эскиз группы гранитных жил в Корнуолле, данный господами фон Ойнхаузеном и фон Дехеном. Основная масса гранита здесь имеет порфировидный вид, с крупными кристаллами полевого шпата; но в жилах он мелкозернистый и без этих крупных кристаллов. Общая высота жил составляет от 16 до 20 футов, но некоторые из них гораздо выше.
Рис. 496.
Гранитные жилы, проходящие через роговообманковый сланец, Карнсилвер-Коув, Корнуолл.
В Валорсине, долине недалеко от Монблана в Швейцарии, обычный гранит, состоящий из полевого шпата, кварца и слюды, посылает жилы в тальковый гнейс (или слоистый протогин), и в некоторых местах боковые разветвления отбрасываются от главных жил под прямым углом (см. рис. 497), причем жилы, особенно мелкие, являются более мелкозернистыми, чем гранит в массе.
Рис. 497.
Жилы гранита в тальковом гнейсе. (Л. А. Неккер.)
Здесь отмечается, что сланец и гранит по мере приближения, по-видимому, оказывают взаимное влияние друг на друга, ибо оба претерпевают модификацию минерального характера. Гранит, оставаясь неслоистым, становится заряженным зелеными частицами; а тальковый гнейс принимает гранитовидную структуру, не теряя своей слоистости.
Профессор Кейльхау обратил мое внимание на несколько местностей в стране близ Христиании, где минеральный характер гнейса, по-видимому, был затронут гранитом гораздо более нового происхождения на некотором расстоянии от точки контакта. Гнейс, не теряя своей пластинчатой структуры, кажется, стал заряженным большим количеством полевого шпата, причем более красного цвета, чем полевой шпат, обычно принадлежащий гнейсу Норвегии.
Гранит, сиенит и те порфиры, которые имеют гранитоидную структуру, — короче говоря, все плутонические породы — часто содержат металлы в местах их соприкосновения со стратифицированными формациями или вблизи них. С другой стороны, жилы, прорезающие стратифицированные породы, как правило, более металлоносны вблизи таких контактов, чем в других местах. Отсюда был сделан вывод, что эти металлы могли распространяться в газообразной форме через расплавленную массу и что контакт с другой породой, находящейся в ином температурном состоянии, или иногда наличие трещин в соседних породах могли вызвать сублимацию металлов.
Существует много примеров, как, например, в Маркеруде близ Христиании в Норвегии, где простирание пластов не было нарушено на большой площади внедрением гранита, как в виде крупных масс, так и в виде жил. Этот факт некоторые геологи считают противоречащим теории насильственного внедрения гранита в жидком состоянии. Но в ответ можно сказать, что разветвляющиеся дайки траппа, которые почти все теперь признают некогда бывшими жидкими, проходят через те же ископаемые пласты близ Христиании, не нарушая их простирания или падения.
Рис. 498.
Общий вид контакта гранита и сланца в Валорсине. (Л. А. Неккер.)
Действительная или кажущаяся изоляция крупных или мелких масс гранита, отделенных от основного тела, как в a b на рис. 498 и выше на рис. 492 и a на рис. 497, некоторыми авторами считалась несовместимой с общепринятым учением о жилах; но многие из них, по сути, могут быть сечениями корневидных отростков гранита, в то время как в других случаях они могут в действительности представлять собой обособленные части породы, имеющие плутоническую структуру. Ибо среди вмещающих пластов могли существовать участки, где скопление материалов было более легкоплавким, чем в остальных, или более пригодным для легкого соединения в ту или иную форму гранита.
Жилы чистого кварца часто встречаются в граните, как и во многих стратифицированных породах, но их нельзя проследить, подобно жилам гранита или траппа, до крупных тел породы аналогичного состава. По-видимому, это были трещины, в которые просачивалось кремнистое вещество. Такое сегрегирование, как его называют, иногда может быть явно показано как произошедшее значительно позже первоначальной консолидации вмещающей породы. Так, например, в гнейсе Тронстад-Странд близ Драммена в Норвегии на берегу виден прилагаемый разрез. По-видимому, чередующиеся пласты беловатого гранитоидного гнейса и черного роговообманкового сланца были сначала прорезаны дайкой зеленокаменной породы шириной около 2 1/2 футов; затем трещина a b прошла через все эти породы и заполнилась кварцем. Противоположные стенки жилы местами покрыты прозрачными кристаллами кварца, а середина жилы заполнена обычным непрозрачным белым кварцем.
Рис. 499.
a, b. Кварцевая жила, проходящая через гнейс и зеленокаменную породу, Тронстад-Странд, близ Христиании.
Рис. 500.
Эвритовый порфир, чередующийся с первичными ископаемыми пластами, близ Христиании.
Мы видели, что вулканические формации называют перекрывающими, потому что они не только проникают в другие породы, но и распространяются поверх них. Г-н Неккер предложил называть граниты подстилающими изверженными породами, и указанное здесь различие весьма характерно. Действительно, некоторые из ранних исследователей полагали, что гранит Христиании в Норвегии был внедрен в виде горных масс между первичными или палеозойскими пластами этой страны, так что он перекрывал ископаемые сланцы и известняки. Но хотя гранит посылает жилы в эти ископаемые породы и по происхождению определенно является более поздним, его фактическое залегание поверх масс было опровергнуто профессором Кейльхау, чьи наблюдения по этому спорному вопросу я имел возможность проверить в 1837 году. Однако существуют, хотя и в меньшем масштабе, определенные пласты эвритового порфира, некоторые толщиной в несколько футов, другие — во много ярдов, которые переходят в гранит и, возможно, заслуживают того, чтобы их классифицировали как плутонические, а не трапповые породы, которые действительно можно описать как согласно залегающие между ископаемыми пластами, подобно порфирам (a c, рис. 500), разделяющим битуминозные сланцы и глинистые известняки f f. Но некоторые из этих же порфиров частично несогласны, как b, и могут навести нас на мысль, что и другие, несмотря на видимость межпластового залегания, были внедрены насильственно. Некоторые из вышеупомянутых порфировых пород сильно кварцевые, другие — очень полевошпатовые. По мере увеличения объема масс они становятся более гранитными по текстуре, менее согласными и даже начинают посылать жилы в прилегающие пласты. Одним словом, мы имеем здесь прекрасную иллюстрацию промежуточных градаций между вулканическими и плутоническими породами не только в их минералогическом составе и структуре, но и в их пространственных отношениях к ассоциированным формациям. Если термин «перекрывающий» в данном случае и может быть применен к плутонической породе, то лишь в той мере, в какой эта порода начинает приобретать трапповый облик.
Уже упоминалось, что тепло, которое в каждом действующем вулкане распространяется вниз на неопределенную глубину, должно одновременно производить весьма различные эффекты вблизи поверхности и глубоко под ней; и мы не можем предположить, что породы, образовавшиеся в результате кристаллизации расплавленного вещества под давлением нескольких тысяч футов, а тем более миль земной коры, могут походить на те, что образовались на поверхности или вблизи нее. Отсюда можно было почти предсказать образование на больших глубинах класса пород, аналогичных вулканическим, но отличающихся во многих деталях, даже если бы у нас не было плутонических формаций, которые нужно было бы объяснять. Насколько хорошо они согласуются, как в своих положительных, так и в отрицательных характеристиках, с теорией их глубокого подземного происхождения, студент сможет судить, рассмотрев уже приведенные описания.
Однако было высказано возражение, что если гранитные и вулканические породы являются просто различными частями одной большой серии, мы должны были бы находить в горных цепях вулканические дайки, переходящие вверх в лаву, а вниз — в гранит. Но мы можем ответить, что наши вертикальные разрезы обычно имеют небольшую протяженность; и если мы находим в определенных местах переход от траппа к пористой лаве, а в других — переход от гранита к траппу, то это максимум того, что можно ожидать от этих доказательств.
Огромный масштаб денудации, который, как уже было доказано, имел место в прошлые периоды, примирит студента с убеждением, что кристаллические породы глубокой древности, хотя и находившиеся глубоко в земной коре при своем первоначальном образовании, могли быть обнажены и выведены на поверхность. Их фактическое поднятие над уровнем моря можно отнести к тем же причинам, которым мы приписываем поднятие морских пластов, вплоть до вершин некоторых горных цепей. Но к этим и другим темам я вернусь, когда в следующей главе буду говорить об относительном возрасте различных масс гранита.
ГЛАВА XXXIV.
О РАЗЛИЧНОМ ВОЗРАСТЕ ПЛУТОНИЧЕСКИХ ПОРОД.
Трудность определения точного возраста плутонической породы — Определение возраста по относительному положению — Определение по внедрению и изменению — Определение по минеральному составу — Определение по включенным обломкам — Почему современные и плиоценовые плутонические породы невидимы — Третичные плутонические породы в Андах — Гранит, изменяющий меловые породы — Гранит, изменяющий лейас в Альпах и на острове Скай — Гранит Дартмура, изменяющий каменноугольные пласты — Гранит периода древнего красного песчаника — Сиенит, изменяющий силурийские пласты в Норвегии — Смешение его с гнейсом — Древнейшие плутонические породы — Гранит, выдавленный в твердом состоянии — О вероятном возрасте гранитов Аррана в Шотландии.
Принимая магматическую теорию гранита, как она была объяснена в последней главе, и полагая, что различные плутонические породы возникли в последовательные периоды под поверхностью планеты, мы должны быть готовы столкнуться с большими трудностями при определении точного возраста таких пород, чем в случае с вулканическими и ископаемыми формациями. Мы должны помнить, что доказательства возраста каждой современной вулканической породы были получены либо из лав, излившихся на древнюю поверхность, будь то в море или в атмосфере, либо из туфов и конгломератов, также отложенных на поверхности и либо содержащих органические остатки, либо прослоенных между пластами, содержащими ископаемые. Но все эти критерии не работают, когда мы пытаемся установить хронологию породы, которая кристаллизовалась из расплавленного состояния в недрах земли. В этом случае мы сводимся к следующим тестам: 1-й — относительное положение; 2-й — внедрение и изменение контактирующих пород; 3-й — минеральные характеристики; 4-й — включенные обломки.
Определение возраста по относительному положению. — Неизмененные ископаемые пласты любого возраста встречаются непосредственно на плутонических породах; как в Христиании в Норвегии, где новоплиоценовые отложения покоятся на граните; в Оверни, где пресноводные эоценовые пласты, и в Гейдельберге на Рейне, где новый красный песчаник занимают подобное место. Во всех этих и подобных случаях подчиненное положение связано с большей древностью гранита. Кристаллическая порода была твердой до того, как были наложены осадочные пласты, и последние обычно содержат в себе окатанные гальки подстилающего гранита.
Определение по внедрению и изменению. — Но когда плутонические породы посылают жилы в пласты и изменяют их вблизи точки контакта, как было описано ранее (стр. 442), ясно, что, подобно интрузивным траппам, они моложе пластов, которые они прорывают и изменяют. Примеры применения этого теста будут приведены далее.
Определение по минеральному составу. — Несмотря на общее единообразие в облике плутонических пород, мы видели в последней главе, что существует много разновидностей, таких как сиенит, тальковый гранит и другие. Одна из этих разновидностей иногда встречается исключительно преобладающей на обширной территории, где она сохраняет гомогенный характер; так что, установив ее относительный возраст в одном месте, мы можем легко распознать ее идентичность в других и, таким образом, определить по одному разрезу хронологические отношения крупных горных масс. Установив, например, что сиенитовый гранит Норвегии, в котором в изобилии встречается минерал циркон, изменяет силурийские пласты везде, где он находится в контакте, мы без колебаний относим другие массы того же цирконового сиенита на юге Норвегии к той же эпохе.
Некоторые полагали, что возраст различных гранитов можно в значительной степени определить только по их минеральным характеристикам; сиенит, например, или гранит с роговой обманкой, будучи более современными, чем обычный или слюдяной гранит. Но современные исследования доказали, что эти обобщения были преждевременными. Сиенитовый гранит Норвегии, о котором уже упоминалось, может быть того же возраста, что и силурийские пласты, которые он прорезает и изменяет, или может принадлежать к периоду древнего красного песчаника; тогда как гранит Дартмура, хотя и состоящий из слюды, кварца и полевого шпата, моложе угля. (См. стр. 456.)
Определение по включенным обломкам. — Этот критерий редко может иметь большое значение, поскольку обломки, включенные в гранит, обычно настолько сильно изменены, что их невозможно с уверенностью отнести к породам, из которых они произошли. В Белых горах в Северной Америке, согласно профессору Хаббарду, гранитная жила, прорезающая гранит, содержит обломки сланца и траппа, которые должны были попасть в трещину, когда расплавленные материалы жилы внедрялись снизу, и таким образом гранит оказывается моложе определенных поверхностных сланцевых и трапповых формаций.
Почему современные и плиоценовые плутонические породы невидимы. — Объяснение, уже данное в 29-й и последней главах о вероятном отношении плутонических формаций к вулканическим, естественным образом приведет читателя к выводу, что породы одного класса никогда не могут образоваться на поверхности или вблизи нее без того, чтобы некоторые члены другого класса не образовались одновременно или вскоре после этого. Нередко лавовым потокам требуется более десяти лет, чтобы остыть на открытом воздухе; а там, где они имеют большую глубину, — гораздо более длительный период. Расплавленное вещество, излившееся из Хорулло в Мексике в 1759 году, которое местами накопилось до высоты 550 футов, сохраняло высокую температуру полвека спустя после извержения. Мы можем поэтому предположить, что огромные массы подземной лавы могут оставаться в раскаленном или накаленном состоянии в вулканических очагах в течение огромных периодов, и процесс охлаждения может быть крайне постепенным. Иногда, действительно, этот процесс может задерживаться на неопределенный срок из-за притока свежих порций тепла; ибо мы находим, что лава в кратере Стромболи, одного из Липарских островов, находится в состоянии постоянного кипения последние две тысячи лет; и мы можем предположить, что эта жидкая масса сообщается с каким-то котлом или резервуаром расплавленного вещества внизу. На острове Бурбон также, где в течение долгого периода раз в два года происходило извержение лавы, лава внизу едва ли могла не находиться постоянно в состоянии разжижения. Если же разумно предположить, что в течение каждого столетия происходит около 2000 вулканических извержений, либо над водами моря, либо под ними, то из этого следует, что количество плутонической породы, образовавшейся или находящейся в процессе образования в течение современной эпохи, должно быть уже значительным.
Но поскольку плутонические породы возникают на некоторой глубине в земной коре, они могут стать доступными для человеческого наблюдения только благодаря последующему поднятию и денудации. Между периодом, когда плутоническая порода кристаллизуется в подземных регионах, и эрой ее выведения на поверхность в любой точке, обычно должен пройти один или два геологических периода. Следовательно, мы не должны ожидать, что современные или новоплиоценовые граниты будут открыты для обозрения, если только мы не готовы предположить, что с начала новоплиоценового периода прошло достаточно времени для значительного поднятия и денудации. Плутоническая порода, следовательно, должна, как правило, быть весьма древней по отношению к ископаемым и вулканическим формациям, прежде чем она станет широко видимой. Поскольку мы знаем, что поднятие суши в Южной Америке иногда сопровождалось вулканическими извержениями и излиянием лавы, мы можем представить, что более древние плутонические породы выталкиваются вверх к поверхности более новыми породами того же класса, образовавшимися последовательно внизу, — при этом подстилание в плутонических породах, подобно перекрыванию в осадочных, обычно является характеристикой более позднего происхождения.
На прилагаемой диаграмме (рис. 501) сделана попытка показать инвертированный порядок, в котором осадочные и плутонические формации могут встречаться в земной коре.
Древнейшая плутоническая порода, № I, поднималась в последовательные периоды, пока не стала доступной для обозрения в горной цепи. Это выведение № I было вызвано магматической деятельностью, которая породила более новые плутонические породы №№ II, III и IV. Часть первичных ископаемых пластов, № 1, также была поднята к поверхности тем же постепенным процессом. Можно заметить, что современные пласты № 4 и современный гранит или плутоническая порода № IV наиболее удалены друг от друга по положению, хотя и являются одновременными по дате. Согласно этой гипотезе, потребуется множество периодов потрясений, прежде чем современный гранит будет поднят настолько, чтобы сформировать высочайшие хребты и центральные оси горных цепей. В течение этого времени современные пласты № 4 могли быть покрыты множеством более новых осадочных формаций.