Даже столь поздно, как во время формирования Юрских гор между юрским и меловым периодами, характер поднятия остается тем же, хотя здесь больше трещин под прямым углом к общему простиранию цепи, и кое-где нижележащие массы прорвались наружу. Но цепь в целом состоит из последовательности параллельных складок, образующих длинные купола или своды, разделенные продольными долинами. Долины представляют собой проседания коры; купола — это соответствующие выступы, возникающие в результате этих проседаний. Линии плавных волн в этой цепи, столь поразительно контрастирующие с неровным и обрывистым характером непосредственно противостоящих Альп, являются результатом именно такого способа образования.
После того как земная кора стала настолько толстой, какой она была, например, в более поздние третичные периоды, когда поднимались Альпы, подобное извержение могло произойти лишь посредством огромной силы, и масштабы разлома были бы пропорциональны оказанному сопротивлению. Едва ли приходится сомневаться, судя по уже собранным геологическим свидетельствам, что весь горный хребет от Западной Европы через континентальную Азию, включая Альпы, Кавказ и Гималаи, был поднят одновременно. Катаклизм, который таким образом произвел гигантский разлом поперек двух континентов, дав выход трем таким горным хребтам, должен был сопровождаться тысячей трещин и разрывов в противоположных направлениях. Такое давление на столь обширном участке не могло быть одинаковым повсюду; различная толщина коры, большая или меньшая гибкость отложений, направление давления — все это должно было породить бесконечное разнообразие результатов; соответственно, вместо длинных ровных сводов, характерных для более ранних поднятий Аллеган и Юры, наблюдаются резкие смещения поверхности, трещины, разломы и расселины во всех направлениях, как поперечных к общему простиранию поднятия, так и параллельных ему.
Оставляя на время в стороне более сложные и запутанные проблемы формирования более поздних гор, я сначала постараюсь объяснить более простые явления ранних поднятий.
Fig. 2.
Fig. 3.
Предположим, что расплавленные материалы внутри Земли выталкиваются вверх против массы пластовых отложений, причем направление давления является совершенно вертикальным, как показано на Рисунке 2. Такое давление, если оно не слишком сильное, просто подняло бы пласты из их горизонтального положения в свод или купол (как на Рисунке 3), а если бы оно продолжалось или повторялось в непосредственной последовательности, оно произвело бы множество таких куполов, подобных следующим друг за другом длинным валам, какие мы имеем в Юре. Но хотя это преобладающий характер хребта, здесь имеется множество примеров, когда неравномерное давление вызывало разрыв под прямым углом к общему направлению поднятия; и можно проследить действие этого неравномерного давления от ненарушенного свода, где оно просто подняло поверхность в виде купола, до гранитного гребня, где расплавленная порода пробила себе путь и кристаллизовалась между разрушенными пластами, которые опираются на ее склоны.
Fig. 4.
Fig. 5.
В других случаях трещины могли образоваться только в верхних пластах, в то время как непрерывность нижних остается ненарушенной. В этом случае мы имеем продольную долину на вершине горного хребта, лежащую между двумя сторонами разломанного свода (как на Рисунке 4). Предположим теперь, что поперек такого продольного раскола имеются также поперечные трещины; тогда мы получаем продольную долину с открывающимися в нее поперечными долинами. В Аппалачах и Юре имеется множество таких примеров. Иногда такие поперечные долины прорезаны прямо насквозь, так что их устья обращены друг к другу; но часто трещины возникали в разных точках на противоположных сторонах, так что, путешествуя по такой поперечной долине, вы поворачиваете направо или налево, в зависимости от обстоятельств, где она впадает в продольную долину, и следуете по ней, пока не дойдете до другой поперечной долины, открывающейся в нее с противоположной стороны, через которую вы и выбираетесь наружу, пересекая таким образом цепь зигзагообразным курсом (как на Рисунке 5). Такие долины часто бывают гораздо уже в одних местах, чем в других. В Юре есть даже места, где разрыв в цепи начинается с простой трещины — щели, едва достаточно широкой, чтобы пропустить лезвие ножа; следуйте за ней некоторое время, и вы можете обнаружить, что она постепенно расширяется в более широкую расселину и в конце концов переходит в долину шириной, пожалуй, в полмили или даже шире.
Посредством таких трещин реки часто проходят через высокие горные цепи, и когда мы перейдем к исследованию ледниковых явлений, связанных с течением Роны, мы обнаружим, что эта река следует по продольной долине, которая отделяет северную и южную части альпийской цепи, пока не доходит до Мартиньи, где она делает резкий поворот направо через поперечную трещину, протекая на север между стенами высотой четырнадцать тысяч футов, пока не впадает в Женевское озеро, через которое она проходит, вытекая с другого конца, где принимает южное направление. Долгое время считалось, что горы служат границами для рек, и на старых картах они всегда изображаются текущими вдоль долин, никогда не пересекая разделяющие их горные цепи; но геология быстро исправляет ошибки географии, и карта, изображающая лишь внешние особенности страны без учета их структурных связей, больше не имеет никакой научной ценности.
Однако долины образуются не только благодаря разломам в горных цепях или понижениям между ними; они часто обусловлены неодинаковой твердостью поднятых пластов и их большей или меньшей подверженностью размыву и разрушению под воздействием дождей. Эта неодинаковость твердости пород, образующих горный хребет, не только придает особую живописность очертаниям, но и делает ландшафт более разнообразным за счет большей или меньшей плодородности почвы. На твердых породах, где скапливается мало почвы, растут лишь сосны или низкорослый карликовый кустарник; но на породах более мягкого состава, на которые дождь действует сильнее, накапливается более богатая почва, и там посреди горного пейзажа можно обнаружить самую плодовитую растительность, самые богатые пастбища, самые яркие цветы. Если такой клочок пахотной почвы имеет южную экспозицию на горном склоне, мы можем наблюдать самую пышную растительность на большой высоте, окруженную темными хвойными лесами. Многие альпийские пастбища, на которые пастухи поднимаются со своими стадами летом с высоты на высоту — отыскивая более высокие по мере того, как нижние высыхают и истощаются, — обязаны своим происхождением именно таким чередованиям характера пород.
В результате влияния времени, погоды и атмосферных воздействий всех видов видимое соотношение пластов часто оказывается настолько полностью перевернутым, что проследить их первоначальную связь чрезвычайно трудно. Возьмем, например, следующий случай. Извержение подняло пласты на определенной поверхности таким образом, что они превратились в гору, причем верхние пласты растрескались, а нижние остались целыми. Тогда мы получаем долину на вершине горы между двумя гребнями, напоминающую ту, что уже показана на Рисунке 4. Такой узкий проход между двумя гребнями со временем может превратиться в широкую, просторную долину под воздействием дождей, заморозков и других разрушающих факторов, а относительное положение пластов, образующих ее стены, может показаться совершенно изменившимся.
Fig. 6.
Предположим, например, что два верхних слоя пластов, разорванных поднятием горы, представляют собой известняк и песчаник, в то время как третий является глиной, а четвертый снова известняком (как на Рисунке 6). Глина мягка и очень легко поддается воздействию дождя. В такой долине края пластов, образующих ее стены, разумеется, обнажены, и глинистое образование разрушится первым под воздействием внешних факторов. Постепенно дожди размывают ее вещество, пока оно полностью не вымоется. Из-за разрушения подстилающего их пласта лежащие выше слои известняка и песчаника теряют опору и осыпаются, и этот процесс продолжается: глина неуклонно размывается, а лежащие выше известь и песок соответственно осыпаются, пока верхние пласты не отступят на большое расстояние, долина не превратится в широкое пространство, вместо того чтобы быть замкнутой между двумя стенами, и самый нижний пласт известняка теперь не займет самое высокое положение на горе. На Рисунке 7 изображен один из гребней, показанных на Рисунке 6, после того как такой процесс выравнивания изменил его очертания.
Fig. 7.
Но явления извержений в горных цепях проследить гораздо труднее, чем возникающие таким образом постепенные эффекты. Плутоническая деятельность поистине вытворяла самые причудливые штуки с земной корой, которая кажется столь пластичной в тисках скрытой внутри нее огненной силы, сколь глина в руках скульптора.
Мы видели, что равное вертикальное давление снизу производит правильный купол, или что, если купол прорывается, образуется гранитный гребень, к склонам которого прислоняются пластовые материалы. Но давление часто бывало косым, а не вертикальным, и тогда склон горы оказывается неровным, с постепенным подъемом с одной стороны и обрывистой стеной с другой; или в некоторых случаях давление было настолько боковым, что гора оказалась опрокинутой и лежит на боку, а в других случаях одна гора оказалась наклоненной и упала на соседнюю.
Иногда, когда пласты разрывались на части, одна их сторона выталкивалась выше другой; бывают даже случаи, когда одна сторона горы была вдавлена под поверхность земли, в то время как другая оставалась наверху. Обнаруживаются даже пласты горных пород, которые были перевернуты настолько полно, что слои, отложившиеся, разумеется, горизонтально, теперь стоят торчком, бок о бок, вертикальными рядами. Я помню, как после лекции о некоторых из этих экстравагантных проявлений в образовании гор один мой друг не без юмора заметил: «Невольно начинаешь думать об этих необычайных изгибах как о череде неистовых шалостей: горы кажутся ватагой резвящихся мальчишек, которые гоняются друг за другом туда и обратно, вверх и вниз в гигантской игре в прятки».
Ширина горного свода в значительной степени зависит от толщины и гибкости пластов, из которых он сложен. Существует не только большая разница в консистенции пластовых материалов, но и всевозможное разнообразие толщины слоев: от дюйма и даже меньше до достигающих от десяти или двадцати до ста футов и более в глубину, без заметного разделения последовательных пластов. Это объясняется частыми чередованиями опусканий и поднятий; континенты наклонялись то в одну, то в другую сторону, так что в определенных местах было много воды и крупных отложений, в то время как в других вода была мелкой и отложения соответственно меньшими. Тонкие и гибкие пласты легко поднимались в виде крутого, резкого свода с узким основанием, в то время как толстые и жесткие пласты выталкивались медленнее в виде более широкого свода с более широким основанием.
Плоскогорья — это всего лишь длинные ненарушенные складки земной поверхности, поднятые равномерно и в одном направлении. Это то же самое давление снизу, которое, действуя с более интенсивной силой в одном направлении, создает узкую и более крутую складку, образуя горный хребет, но, действуя на более широкой поверхности с равной силой, производит обширное равномерное поднятие. Если давление достаточно сильно, оно вызовет трещины и смещения по краям такого гигантского сгиба, и тогда мы получаем плоскогорья между двумя горными цепями, подобно пустыне Гоби в Азии между Алтайскими горами и Гималаями или плоскогорью, заключенному между Скалистыми горами и береговым хребтом на Тихоокеанском побережье.
Мы не воспринимаем плоскогорья как горные возвышения, потому что их широкие плоские поверхности напоминают нам равнинные участки земли; тем не менее некоторые плоскогорья выше многих горных цепей, как, например, Гоби, которая выше Аппалачей, Юры или Скандинавских Альп. Одной из мастерских генерализаций Гумбольдта была его оценка средней толщины различных континентов при условии выравнивания их высот и заполнения впадин, и он обнаружил, что при таком расчете Азия окажется намного выше Америки, несмотря на мощные горные цепи последней. Обширное плоскогорье Азии с примыкающими к нему горами перевешивало Аппалачи, Скалистые горы, Береговой хребет и Анды.
Когда мы сравниваем нынешнее состояние наших знаний о геологических явлениях с тем, что преобладало пятьдесят лет назад, кажется трудно поверить, что столь великие и важные изменения могли произойти за столь короткое время. Именно на немецкой земле и немецкими студентами были заложены основы современной науки о систематической геологии.
В конце восемнадцатого века масштабные горные работы в Саксонии привели к детальному исследованию недр в практических целях. Было обнаружено, что породы состоят из последовательности материалов, сменяющих друг друга в определенном порядке, причем одни из них были совершенно бесполезны для промышленности, в то время как другие представляли исключительную ценность. Формацию Muschel-Kalk (ракушечник), названную так из-за бесчисленных остатков раковин, и ряд залегающих под ней пластов необходимо было пройти, прежде чем шахтеры достигали богатых жил Kupferschiefer (медистого сланца), а ниже залегало то, что именовалось Todtliegende (мтртвая порода), названное так потому, что оно не содержало полезных для ремесел материалов и должно было быть удалено, прежде чем можно было добраться до ценных пластов угля, лежащих под ним и составляющих основание серии. Но пока рабочие трудились над этими последовательными слоями породы, чтобы выяснить, что они могут дать для практических целей, за их работой наблюдал человек, который рассматривал земную кору совершенно с иной точки зрения.
Абрахам Готтлоб Вернер родился более века назад в Верхней Лужице. Само его младенчество словно предвещало его будущие занятия, ибо его игрушками были минералы, найденные в кузнице его отца. В надлежащем возрасте он был отдан в горную школу во Фрайберге в Саксонии, и поскольку уже в возрасте двадцати четырех лет он привлек к себе внимание в научном мире публикацией «Очерка характеристик минералов», вскоре после этого он был назначен профессором минералогии во Фрайберге. Его судьба не могла забросить его в место, более благоприятное для его специальных занятий, и энтузиазм, с которым он преподавал, передавался его ученикам, многие из которых стали его преданными последователями, в свою очередь распространявшим его взгляды с усердием, соперничавшим с пылом учителя.
Вернер воспользовался горными работами, происходившими в его окрестностях — взрывными работами, проходкой шахт и т. д., чтобы критически изучить состав обнаженных таким образом пород, и результатом его анализа стало создание нептунистической школы геологии, упоминавшейся в предыдущей статье и сыгравшей столь влиятельную роль в науке в конце восемнадцатого и начале девятнадцатого века. Судя по общему характеру этих пород, а также по количеству содержащихся в них морских раковин, он убедился, что вся серия, включая уголь, Todtliegende, Kupferschiefer, Zechstein, красный песчаник и Muschel-Kalk, была отложена под воздействием воды и являлась творением океана.
До сих пор он был прав, за исключением того, что он не учел локальное действие пресной воды при отложении материалов, впоследствии прослеженное Кювье и Броньяром в третичных отложениях вокруг Парижа. Но на основе этих данных он зашел на шаг дальше и предположил, что все породы, за исключением современных лав, должны были накапливаться морем, полагая даже граниты, порфиры и базальты отложенными в океане и закристаллизовавшимися из веществ, содержавшихся в нем в растворенном виде.
Но тем временем Джеймс Хаттон, шотландский геолог, рассматривал явления подобного характера с совершенно иной точки зрения. В окрестностях Эдинбурга, где он жил, простирался обширный регион трапповых пород — то есть изверженных пород, которые прорвались через пластовые отложения, порой распространяясь сплошным пластом на больших пространствах или раскалывая их и заполняя все образовавшиеся пустоты и трещины. Таким образом, он видел изверженные породы не только покрывающими пластовые отложения или залегающими под ними, но и глубоко проникающими в их структуру, образуя дайки под прямым углом к ним и представляя, короче говоря, все явления, присущие вулканическим породам в контакте с пластовыми материалами. Он в свою очередь зашел со своей теорией слишком далеко и, сделав вывод из непосредственно окружавших его явлений о том, что тепло было главным агентом в формировании земной коры, был склонен полагать, что пластовые материалы также по крайней мере отчасти обязаны своим происхождением этой причине. В предыдущем номере я уже упоминал о жарких спорах и долгих битвах геологов по этому вопросу. Именно ученик Вернера наконец поставил точку в этом столь спорном вопросе.
В шестнадцатилетнем возрасте, в 1790 году, Леопольд фон Бух был отдан на попечение Вернера в горную школу Фрайберга. Вернер нашел в нем ученика по своему сердцу. Горячо восприняв теорию своего учителя, он с величайшим рвением продолжил свои геологические штудии и некоторое время оставался под непосредственным влиянием и руководством фрайбергского профессора. Однако, завершив университетское обучение, он начал вести исследования самостоятельно, и его геологические экскурсии привели его в Италию, где его вера в истинность теории Вернера пошатнулась. Последующий визит в область потухших вулканов в Оверни на юге Франции убедил его в том, что водная теория была по крайней мере частично неверна и что огонь был активным агентом в формировании горных пород в прошлые эпохи. Этот результат не изменил убеждений его учителя Вернера, который был слишком стар или слишком предвзят, чтобы принять новые взгляды, которые тем не менее явились следствием стимула, данного им самим геологическим исследованиям.
Но фон Бух был неутомим. Годами он жил жизнью геолога-странника. С одной рубашкой и парой чулок в кармане и геологическим молотком в руке он пешком исходил всю Европу. Результаты его пешего путешествия по Скандинавии стали одним из его важнейших вкладов в геологию. Он также побывал на Канарских островах; и именно в своем обширном труде о геологических образованиях этих островов он убедительно показал не только плутонический характер всех неслоистых пород, но и то, что именно их воздействием на пластовые отложения главным образом обусловлены неровности земной поверхности. Он впервые продемонстрировал, что расплавленные массы внутри Земли подняли материалы, отложившиеся слоями на ее поверхности, и таким образом сформировали горы.