Фото 2. Аллювиальные конусы выноса у подножия горного склона в западном Вайоминге. Во время последнего ливня дождевые воды прорезали русло в верхней части одного из конусов, но образовавшийся при этом материал был отложен ниже по склону в виде удлиненного скопления

Другие метаморфические породы, например кварцит или мрамор, не имеют сланцеватости. В основном они являются результатом перекристаллизации осадочных пород, погруженных на большую глубину и насыщенных горячей водой, но не подвергавшихся большому давлению. Поэтому они имеют кристаллическую структуру, но не обладают сланцеватостью.

Осадочные породы. Как возникают осадочные породы, показано на фото 2, изображающем стену каньона в горах Абсарока, западный Вайоминг. Массив магматических пород прорезан крутопадающими узкими долинами, созданными стоком дождевых вод. Большая часть обломков пород, которые выносятся из этих долин, в том числе и малых притоков, отлагается в их устьях. Отложения на рисунке образуют два конусообразных скопления, в плане напоминающих веер, наложенных на плоское дно более крупной долины, небольшой отрезок которой виден в передней части фотографии. Эти два аллювиальных конуса выноса, сложенные галькой и песком, представляют раннюю стадию размыва и переотложения материала горных пород. Коренные породы на поверхности Земли постепенно разрушаются и превращаются в рыхлый материал, который перемещается на более низкие уровни и отлагается. В рассматриваемом случае отложение происходит в тех местах, где течение временных водотоков замедляется вследствие резкого уменьшения уклона при выходе на плоскую поверхность.

Галька и песок, слагающие конусы выноса, представляют собой осадок. Если размыва и переотложения их не происходит, то со временем осадочные слои уплотняются, частицы их цементируются минеральным веществом, растворенным в воде, которая просачивается сквозь толщу осадка. Тогда осадок превращается в осадочную породу. Такую породу можно сравнить с блоком бетона для покрытия дороги или фундаментом здания, состоящим из обломков пород, скрепленных цементом.

В масштабах геологического времени продолжительность существования большинства конусов выноса невелика, так как они образуются в местах, доступных для эрозии. Большей частью конусы выноса являются местом временной остановки в движении осадков, которое заканчивается в более крупном и более отдаленном бассейне, а возможно, и в море.

Хотя все осадки накапливаются на поверхности твердой оболочки Земли и превращение их в осадочные породы происходит на небольшой глубине, однако бурением и геофизическими исследованиями осадочные породы обнаружены глубоко в толще коры. Это позволяет предположить, что временами различные участки земной коры прогибаются, и вместе с ними в глубь Земли перемещаются и осадочные породы. Напротив, во многих частях континента магматические и метаморфические породы, в том числе и образованные на очень большой глубине, находятся на поверхности, и ими бывают сложены даже очень высокие горы. Это указывает на большие поднятия отдельных участков земной коры, вызывающие сильную эрозию. Таким образом, ясно, что части коры поднимаются и опускаются, хотя и очень медленно, и слагающие их породы, которые переносятся вверх или вниз и попадают в чуждые им условия, должны в силу этого подвергаться изменениям.

Что происходит с породами, в общих чертах показано на рисунке 6. Испытавшие поднятие породы подвергаются воздействию внешних процессов и эродируются, а продукты эрозии сносятся вниз и отлагаются во впадинах в виде слоев осадков. Многие прогибающиеся впадины заполняются осадками почти с такой же скоростью, с какой происходит прогибание; в то же время происходит преобразование нижней части отложений в осадочные породы. Если мы допустим, что по прошествии долгого времени направление движений изменится, то область накопления осадочных пород испытает поднятие и в свою очередь подвергнется эрозии. Продукты эрозии будут полностью или частично выноситься в соседнюю впадину, образованную на месте бывшей ранее возвышенности. В этой впадине будут накапливаться осадки, и таким образом повторится весь процесс.

Рис. 6. Эрозия и аккумуляция в смежных областях, контролируемые поднятиями и опусканиями земной коры. Масштаб не выдержан. Иллюстрация к изображению одной из частей круговорота вещества пород, полностью показанного на рис. 7

Иногда ход событий более сложен. Если бы впадина, изображенная на рисунке 6Д продолжала прогибаться и заполняться слоями отложений достаточно долго, нижняя часть заполняющих ее осадков (уже превращенных в осадочные породы) оказалась бы в более глубокой зоне земной коры. Давление в этой достаточно глубоко расположенной зоне вызвало бы превращение осадочных пород в метаморфические. При продолжающемся прогибании породы могли бы расплавиться, и в этом случае образовались бы новые магматические породы.

Можно видеть, как все эти отдельные процессы складываются в единую схему. На ней показаны (рис. 7) все фазы, которые может пройти материал горных пород, и также процессы, которые воздействуют на этот материал. Мы называем эту схему круговоротом вещества горных пород, потому что она охватывает постоянный, нескончаемый цикл природных процессов, в котором вещество подвергается преобразованию. Хотя может показаться, что магматические породы образуют "начало" цикла, в действительности это не так. Этот цикл не имеет начала, подобно тому, как не имеет начала круг. Скорее, он представляет собой бесконечный ряд превращений, снова и снова повторяющихся, в общем, подобным образом, хотя некоторые процессы замыкаются, образуя "малые циклы", а участки наиболее активной деятельности со временем перемещаются, так что не весь материал горных пород каждый раз проходит весь цикл.

Рис. 7. Упрощенная схема круговорота пород как непрерывно действующей системы. Справа - последовательность событий, следующих одно за другим в направлении, показанном стрелками. Слева - последовательность соответствующих изменений, которым подвергается материал горных пород. Они также следуют одно за другим

Хотя все эти процессы и превращения непрерывно происходят в толще земной коры и на ее поверхности, общее количество вещества в этой обширной системе остается постоянным, за исключением небольшого количества метеоритов, поступающих из космического пространства и увеличивающих общую массу Земли.

Количество вещества остается постоянным, но отдельные его частицы постоянно перемешиваются и меняют свое положение, входя в состав то одного минерала, то другого, то жидкости, то твердого тела. Для некоторых частиц круговорот пород - это длинное, полное разнообразия путешествие. Для других это означает пребывание в одной и той же среде, незначительно меняющейся в течение очень длительного времени. Возможно, хотя и маловероятно, что некоторые частицы никогда не подвергались полному циклу преобразований, но большинство из них, скорее всего, прошли через него неоднократно. Древность земной коры делает это предположение достаточно правдоподобным.

Почему мы верим, что круговорот вещества пород - это реальность, а не просто интересная идея? Да потому, что реальность его доказывается следующим фактом. Какой бы континент мы ни стали исследовать, мы найдем на нем породы, соответствующие каждой фазе круговорота, и породы, представляющие собой промежуточные градации между фазами. Далее мы находим примеры всевозможных переходов из одной фазы в различные другие, минуя промежуточные состояния. Наконец, никем никогда не были обнаружены породы, которые нельзя было бы сопоставить с какой-либо фазой цикла. Такое доказательство, базирующееся на твердо установленных фактах о строении пород, впервые было положено в основу всеобщей концепции в 1795 г. Ее разработал шотландец по имени Джеймс Хаттон, написавший книгу, в которой впервые была выдвинута идея круговорота пород. Это - классический труд по истории Земли, и его основные положения никогда не были опровергнуты. Хаттон считал, что земная кора, образованная горными породами, подобна старому лоскутному одеялу, состоящему из сшитых вместе клочков различных тканей. Различные массы пород всевозможных форм и размеров и самого различного возраста в большинстве своем являются остатками массивов, занимавших когда-то гораздо большую площадь. Примыкая друг к другу, они образуют беспорядочный рисунок, созданный в результате поднятий, опусканий, внедрений магмы и действия эрозии, которому подвергались породы. Каждый массив состоит из вещества, которое образовалось из более древних пород или путем эрозионной переработки, сортировки и переотложения в виде слоев на поверхности Земли, или в результате нагревания и перемешивания глубоко в толще земной кори.